一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，包括步骤1，在云端控制层，优化储能电池充放电策略，将所述充放电策略下发至就地装置层；步骤2，在就地装置层，利用储能电池补偿光伏发电功率瞬时波动与陡升陡降波动，结合储能电池充放电策略，调整直流母线电压以满足制氢装置运行功率要求。本发明专利技术提出的方法适用于面向分布式光伏离网制氢这种新型可再生能源利用场景，可在保证制氢设备平稳运行的基础上最大程度消纳分布式光伏产生的绿色电能，为绿电制氢与分布式能源就地消纳提供有效解决方案，助力绿色能源体系的构建。建。建。

【技术实现步骤摘要】
一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法


[0001]本专利技术属于分布式发电与绿电制氢领域，尤其涉及一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法。

技术介绍

[0002]在碳达峰、碳中和的总体目标下，新能源发电装机将持续大幅增长，有效消纳新能源绿电成为实现双碳目标的重点。氢能零污染、零排放、无次生污染，可以从根本上解决能源安全问题。电解水制氢过程中70％
‑
80％的成本来自电费，利用弃水、弃风、弃光、弃核发展电解水制氢，可将不稳定的可再生能源变成稳定能源，并大幅度降低制氢成本。
[0003]分布式绿电制氢能源路由器作为核心产品，在离网条件下，依托分布式光伏发电资源，通过电解水系统制氢，获得高纯度绿氢，就近使用或制成液氢产品输出。
[0004]分布式绿电制氢能源路由器内置光伏发电DC/DC变流器、电池储能DC/DC变流器等功率单元，需要一套自适应控制算法辨识系统运行工况，获取云端宏观信息，实现分布式绿电制氢能源路由器的稳定、高效、安全运行。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术公开一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，应用于分布式光伏离网制氢系统，所述分布式光伏离网制氢系统包括云端控制层和就地装置层，所述就地装置层包括分布式光伏、储能电池、能源路由器和制氢装置，所述能源路由器包括直流母线、分别与直流母线连接的光伏变流器和电池储能变流器，所述分布式光伏与光伏变流器连接，储能电池与储能变流器连接，直流母线与制氢装置连接；所述面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法包括如下步骤：
[0007]步骤1，在云端控制层，优化储能电池充放电策略，将所述充放电策略下发至就地装置层；
[0008]步骤2，在就地装置层，利用储能电池补偿光伏发电功率瞬时波动与陡升陡降波动，结合储能电池充放电策略，调整直流母线电压以满足制氢装置运行功率要求，通过电解水制氢，获得高纯度绿氢，就近使用或制成液氢产品输出。
[0009]进一步地，在执行步骤1之前，对就地装置层进行设置和初始化，包括：
[0010]设置分布式光伏发电额定功率与制氢装置额定功率P相等，储能电池的额定容量为30％
×
P
×
1小时；
[0011]为兼顾整体方案的成本以及制氢装置低于30％额定功率不能正常运行的要求，电池储能的充放电功率为30％
×
制氢装置的额定功率。又考虑电池的成本与性能，选择充放电倍率为1C的电池，因此配置的电池容量为30％制氢装置额定功率*1小时。
[0012]记制氢装置实时运行功率为p
s
；初始时刻t0，光伏发电功率即光伏变流器的输出功
率为p0，设置储能电池的电量(SOC，State of Capacity)为50％，充放电策略即充放电功率修正值Δp＝0，此时p
s
＝p0，储能变流器根据闭环控制算法调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压，记闭环调节后的直流母线电压为U0。
[0013]在初始时刻，储能电池的电量设置为50％，同时，输出功率为零，即处于不充不放的状态。如此设置，是让电池储能在电能量与电功率两方面都保留最大的裕度，为后续的运行提供最大弹性。
[0014]进一步地，所述步骤2包括：
[0015]当就地装置层收到储能电池充放电策略，根据储能电池充放电策略和实时光伏发电功率，设置制氢装置实时运行功率p
s
，PID闭环调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压；重置初始时刻t0、光伏发电功率p0和直流母线电压U0；
[0016]当实时光伏发电功率和初始时刻t0的光伏发电功率p0相比，发生瞬时波动与陡升陡降波动时，根据波动幅度，利用储能电池进行波动补偿或以一定时间间隔对制氢装置运行功率p
s
进行定量调整实现制氢装置阶梯状运行。
[0017]根据碱性电解水制氢生产厂家对供电电源的要求，须保证碱性电解水制氢装置运行在额定功率的30％
‑
100％区间，超出该范围制氢装置须停机，因此需要根据光伏发电功率波动幅度，对制氢装置运行功率p
s
进行定量调整。
[0018]进一步地，步骤2中所述根据波动幅度，利用储能电池进行波动补偿或以一定时间间隔对制氢装置运行功率p
s
进行定量调整实现制氢装置阶梯状运行包括：
[0019]步骤2.1，当波动幅度在10％
×
P以内，利用储能电池进行波动补偿，即储能变流器根据闭环控制算法保持直流母线电压为U0，制氢装置保持在运行功率p
s
稳定运行；
[0020]步骤2.2，当波动幅度大于10％
×
P，若一定时间间隔后，波动幅度变为10％
×
P以内，执行步骤2.1，否则根据储能电池充放电策略和实时光伏发电功率，设置制氢装置实时运行功率p
s
，储能变流器根据闭环控制算法调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压；重置初始时刻t0、光伏发电功率p0和直流母线电压U0。
[0021]提出消除光伏发电功率瞬时波动与陡升陡降的装置运行策略，在保证光伏最大功率输出的同时，保证母线电压满足制氢装置最低电压/最低功率的要求，满足制氢装置功率暂升暂降的要求。
[0022]进一步地，记当前时刻为t1，光伏发电功率为p1，所述步骤2.2包括：
[0023]步骤2.1，若t1时刻10％
×
P≤|p1‑
p0|≤20％
×
P，则从t1时刻开始计时，若15分钟内的时刻t，|p
t
‑
p0|回到10％
×
P区间，则返回步骤2.1，0<t
‑
t1≤15min；若从t1时刻开始计时的15分钟内保持10％≤|p
t
‑
p0|≤20％
×
P，则在t＝t1+15min时刻，根据储能电池充放电策略和实时光伏发电功率，设置制氢装置实时运行功率p
s
，储能变流器根据闭环控制算法调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压；重置初始时刻t0、光伏发电功率p0和直流母线电压U0；
[0024]步骤2.2，若t1时刻20％
×
P≤|p1‑
p0|≤30％
×
P，则从t1时刻开始计时，若5分钟内的时刻t，|p
t
‑
p0|回到10％
×
P区间，则返回步骤2.1，0<t
‑
t1≤5min；若从t1时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，其特征在于，应用于分布式光伏离网制氢系统，所述分布式光伏离网制氢系统包括云端控制层和就地装置层，所述就地装置层包括分布式光伏、储能电池、能源路由器和制氢装置，所述能源路由器包括直流母线、分别与直流母线连接的光伏变流器和电池储能变流器，所述分布式光伏与光伏变流器连接，储能电池与储能变流器连接，直流母线与制氢装置连接；所述面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法包括如下步骤：步骤1，在云端控制层，优化储能电池充放电策略，将所述充放电策略下发至就地装置层；步骤2，在就地装置层，利用储能电池补偿光伏发电功率瞬时波动与陡升陡降波动，结合储能电池充放电策略，调整直流母线电压以满足制氢装置运行功率要求。2.根据权利要求1所述的一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，其特征在于，在执行步骤1之前，对就地装置层进行设置和初始化，包括：设置分布式光伏发电额定功率与制氢装置额定功率P相等，储能电池的额定容量为30％
×
P
×
1小时；记制氢装置实时运行功率为p
s
；初始时刻t0，光伏发电功率为p0，设置储能电池的电量为50％，充放电策略即充放电功率修正值Δp＝0，此时p
s
＝p0，储能变流器根据闭环控制算法调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压，记闭环调节后的直流母线电压为U0。3.根据权利要求2所述的一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：当就地装置层收到储能电池充放电策略，根据储能电池充放电策略和实时光伏发电功率，设置制氢装置实时运行功率p
s
，PID闭环调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压；重置初始时刻t0、光伏发电功率p0和直流母线电压U0；当实时光伏发电功率和初始时刻t0的光伏发电功率p0相比，发生瞬时波动与陡升陡降波动时，根据波动幅度，利用储能电池进行波动补偿或以一定时间间隔对制氢装置运行功率p
s
进行定量调整实现制氢装置阶梯状运行。4.根据权利要求3所述的一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，其特征在于，步骤2中所述根据波动幅度，利用储能电池进行波动补偿或以一定时间间隔对制氢装置运行功率p
s
进行定量调整实现制氢装置阶梯状运行包括：步骤2.1，当波动幅度在10％
×
P以内，利用储能电池进行波动补偿，即储能变流器根据闭环控制算法保持直流母线电压为U0，制氢装置保持在运行功率p
s
稳定运行；步骤2.2，当波动幅度大于10％
×
P，若一定时间间隔后，波动幅度变为10％
×
P以内，执行步骤2.1，否则根据储能电池充放电策略和实时光伏发电功率，设置制氢装置实时运行功率p
s
，储能变流器根据闭环控制算法调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压；重置初始时刻t0、光伏发电功率p0和直流母线电压U0。5.根据权利要求4所述的一种面向分布式光伏离网制氢的分层协同控制方法，其特征在于，记当前时刻为t1，光伏发电功率为p1，所述步骤2.2包括：步骤2.2.1，若t1时刻10％
×
P≤|p1‑
p0|≤20％
×
P，则从t1时刻开始计时，若15分钟内的时刻t，|p
t
‑
p0|回到10％
×
P区间，则返回步骤2.1，0＜t
‑
t1≤15min；若从t1时刻开始计时的
15分钟内保持10％≤|p
t
‑
p0|≤20％
×
P，则在t＝t1+15min时刻，根据储能电池充放电策略和实时光伏发电功率，设置制氢装置实时运行功率p
s
，储能变流器根据闭环控制算法调节以制氢装置运行功率p
s
为外环控制目标的直流母线电压；重置初始时刻t0、光伏发电功率p0和直流母线电压U0；步骤2.2.2，若t1时刻20％
×
P≤|p1‑
p0|≤30％
×
P，则从t1时刻开始计时，若5分钟内的时刻t，|p
t
‑
p0|回到10％
×
P区间，则返回步骤2.1，0＜t
‑
t1≤5min；若从t1时刻开...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛星岩，陈国飞，吕大伟，尹中强，
申请(专利权)人：青岛融翔氢谷能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：