氢电耦合供电系统技术方案

本发明专利技术提供一种氢电耦合供电系统，涉及氢能储能技术领域。氢电耦合供电系统包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、燃料电池发电系统、电解水制氢系统、地下氢气存储腔和氢气管理系统；第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器的电能输入端之间通过直流母线连接；第一DC/DC变换器与燃料电池发电系统连接，第二DC/DC变换器与电解水制氢系统电能连接；燃料电池发电系统、电解水制氢系统与地下氢气存储腔通过氢气管路连接，氢气管理系统与第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、燃料电池发电系统、电解水制氢系统之间通过CAN总线连接。系统能够当氢能作为长周期存储能源时，估算氢气的剩余使用时间。用时间。用时间。

【技术实现步骤摘要】
氢电耦合供电系统


[0001]本专利技术涉及氢能储能
，具体而言，涉及一种氢电耦合供电系统。

技术介绍

[0002]新能源清洁无污染、分布广、成本低，是未来能源供应体系的理想来源；因此，要加快构建以新能源为主体的新型电力系统。从传统化石能源转向新能源是全球大势所驱。氢能来源广泛、应用场景丰富，可实现电网、热网、油气网之间的联通耦合，是未来二次能源体系中电能的重要补充。绿色氢能的开发与利用已成为全球应对气候变化的重要途径和能源变革的重要方向，也将成为世界各国能源技术与产业竞争的焦点。
[0003]但也要认识到，氢能的战略地位和经济合理性主要取决于可再生能源转型中的大规模长周期能量储存与多元化终端利用需求。当氢能作为长周期存储能源时，其剩余使用时间预估将是一个挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的包括提供一种氢电耦合供电系统，其能够当氢能作为长周期存储能源时，估算氢气的剩余使用时间。
[0005]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0006]本专利技术提供一种氢电耦合供电系统，氢电耦合供电系统包括第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、燃料电池发电系统、电解水制氢系统、地下氢气存储腔和氢气管理系统；
[0007]第一DC/DC变换器的电能输出端、第二DC/DC变换器的电能输入端之间通过直流母线连接；第一DC/DC变换器的输入端与燃料电池发电系统连接，第二DC/DC变换器的输入端与电解水制氢系统电能连接；燃料电池发电系统与地下氢气存储腔通过氢气管路连接，电解水制氢系统与地下氢气存储腔通过氢气管路连接，氢气管理系统与第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、燃料电池发电系统、电解水制氢系统之间通过CAN总线连接；氢气管理系统与地下氢气存储腔之间通过温度传感器与压力传感器模拟线路连接。
[0008]在可选的实施方式中，地下氢气存储腔安装有三个温度传感器T1、T2、T3和一个压力传感器P1，其中，三个温度传感器分别位于地下氢气存储腔的上中下位置。
[0009]在可选的实施方式中，氢气管理系统用于执行氢能的使用时间预估算法，包括以下步骤：
[0010]每隔Ts秒获得温度传感器T1、T2、T3和压力传感器P1的模拟信号，对应值分别为H2_T1(n)、H2_T2(n)、H2_T3(n)和H2_P1(n)，其中，n为当前采样计算点；
[0011]分别对H2_T1(n)、H2_T2(n)、H2_T3(n)和H2_P1(n)进行滤波处理，获得H2_T和H2_P1。
[0012]在可选的实施方式中，滤波处理的算法为：
[0013]H2_T1＝0.0571*H2_T1(n)+0.2544*H2_T1(n
‑
1)+0.2762*H2_T1(n
‑
2)+0.2762*H2_T1(n
‑
3)+0.2544*H2_T1(n
‑
4)+0.0571*H2_T1(n
‑
5)
[0014]H2_T2＝0.0571*H2_T2(n)+0.2544*H2_T2(n
‑
1)+0.2762*H2_T2(n
‑
2)+0.2762*H2_T2(n
‑
3)+0.2544*H2_T2(n
‑
4)+0.0571*H2_T2(n
‑
5)
[0015]H2_T3＝0.0571*H2_T3(n)+0.2544*H2_T3(n
‑
1)+0.2762*H2_T3(n
‑
2)+0.2762*H2_T3(n
‑
3)+0.2544*H2_T3(n
‑
4)+0.0571*H2_T3(n
‑
5)
[0016]H2_T＝(H2_T1+H2_T2+H2_T3)/3
[0017]H2_P1＝0.0571*H2_P1(n)+0.2544*H2_P1(n
‑
1)+0.2762*H2_P1(n
‑
2)+0.2762*H2_P1(n
‑
3)+0.2544*H2_P1(n
‑
4)+0.0571*H2_P1(n
‑
5)。
[0018]在可选的实施方式中，氢气管理系统还用于执行以下步骤：
[0019]启动计数器，每个Ts秒计数值增加1；
[0020]当计数器的计数值小于N_timer时，估算氢气的消耗量F_H2(n)；
[0021]当计数器的计数值大于或等于N_timer时，计数器中的计数值清零，计算氢气消耗量F_H2。
[0022]在可选的实施方式中，F_H2(n)＝N_sta*I_1DCDC/(2*F)
‑
N_Cell*I_2DCDC/(2*F)，式中，式中，N_sta为燃料电池发电系统中串联电堆的片数，I_1DCDC为第一DC/DC变换器的输入电流，N_Cell为电解水制氢系统的电解槽的片数，I_2DCDC为第二DC/DC变换器输出电流，F为法拉第常数96485；
[0023]F_H2＝F_H2(1)+F_H2(2)+F_H2(3)+.......F_H2(N_timer)。
[0024]在可选的实施方式中，氢气管理系统还用于执行以下步骤：
[0025]当F_H2大于零时，计算氢气的剩余使用时间T_prel。
[0026]在可选的实施方式中，
[0027]式中，Z1为压力为P时氢气对应的压缩因子，P0为氢气发电截止工作压力，Z0为P0时氢气对应的压缩因子，H2_T0为P0时氢气预估温度。
[0028]在可选的实施方式中，氢气管理系统还用于执行以下步骤：
[0029]当F_H2小于或等于零时，从上级获得未来平均氢气使用预估值为F_H2_Pre标升每分钟，计算出氢气的剩余使用时间T_prel。
[0030]在可选的实施方式中，
[0031]式中，Z1为压力为P时氢气对应的压缩因子，P0为氢气发电截止工作压力，Z0为P0时氢气对应的压缩因子，H2_T0为P0时氢气预估温度。
[0032]本专利技术实施例提供的氢电耦合供电系统的有益效果包括：
[0033]1.通过抽水储能与氢能储能的配合，实现长周期的能量的存储；
[0034]2.能够根据氢气存储的压力、温度和氢气的消量预测氢能的剩余使用时间；
[0035]3.将氢气存储在地下，抑制温度对气体的影响，并布置多个温度传感器，对采集到的温度值和压力值进行滤波处理，以消除工频干扰。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢电耦合供电系统，其特征在于，所述氢电耦合供电系统包括第一DC/DC变换器(1)、第二DC/DC变换器(2)、燃料电池发电系统(3)、电解水制氢系统(4)、地下氢气存储腔(5)和氢气管理系统(6)；所述第一DC/DC变换器(1)的电能输出端、所述第二DC/DC变换器(2)的电能输入端之间通过直流母线(200)连接；所述第一DC/DC变换器(1)的输入端与所述燃料电池发电系统(3)连接，所述第二DC/DC变换器(2)的输入端与所述电解水制氢系统(4)电能连接；所述燃料电池发电系统(3)与所述地下氢气存储腔(5)通过氢气管路连接，所述电解水制氢系统(4)与所述地下氢气存储腔(5)通过氢气管路连接，所述氢气管理系统(6)与所述第一DC/DC变换器(1)、所述第二DC/DC变换器(2)、所述燃料电池发电系统(3)、所述电解水制氢系统(4)之间通过CAN总线连接；所述氢气管理系统(6)与所述地下氢气存储腔(5)之间通过温度传感器与压力传感器模拟线路连接。2.根据权利要求1所述的氢电耦合供电系统，其特征在于，所述地下氢气存储腔(5)安装有三个温度传感器T1、T2、T3和一个压力传感器P1，其中，三个所述温度传感器分别位于所述地下氢气存储腔(5)的上中下位置。3.根据权利要求2所述的氢电耦合供电系统，其特征在于，所述氢气管理系统(6)用于执行氢能的使用时间预估算法，包括以下步骤：每隔Ts秒获得温度传感器T1、T2、T3和压力传感器P1的模拟信号，对应值分别为H2_T1(n)、H2_T2(n)、H2_T3(n)和H2_P1(n)，其中，n为当前采样计算点；分别对H2_T1(n)、H2_T2(n)、H2_T3(n)和H2_P1(n)进行滤波处理，获得H2_T和H2_P1。4.根据权利要求3所述的氢电耦合供电系统，其特征在于，滤波处理的算法为：H2_T1＝0.0571*H2_T1(n)+0.2544*H2_T1(n
‑
1)+0.2762*H2_T1(n
‑
2)+0.2762*H2_T1(n
‑
3)+0.2544*H2_T1(n
‑
4)+0.0571*H2_T1(n
‑
5)H2_T2＝0.0571*H2_T2(n)+0.2544*H2_T2(n
‑
1)+0.2762*H2_T2(n
‑
2)+0.2762*H2_T2(n
‑
3)+0.2544*H2_T2(n
‑
4)+0.0571*H2_T2(n
‑
5)H2_T3＝0.0571*H2_T3(n)+0.25...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘军，卢彦杉，何彬彬，江军，张行，陈蔼峻，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：