大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法。该系统中风机通过变流器连接到电网上，电网通过变压器将电能送到制氢电源，制氢电源通过变流器给电解槽供电。该系统由风机本体、永磁同步电机、机侧变流器、网侧变流器，储能装置、制氢电源和电解槽等组成。控制器单元的控制策略包括电压

【技术实现步骤摘要】
大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法


[0001]本专利技术属于新能源领域的风电制氢运行控制
，具体涉及一种大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法。

技术介绍

[0002]氢能的发展具有战略意义，在双碳背景下未来交通、建筑、以及大部分工业部门都需要依靠氢能实现深度脱碳。中国电力以火电为主，采用火电电网供电电解制氢的碳排放度高于化石燃料制氢方式，采用电解水制氢应选取光伏、风电等可再生能源作为电力供应来源。
[0003]然而新能源发电取代了基于同步发电机的化石能源发电，由于风能具有随机性和间歇性，大规模风电场对于电力系统的稳定性造成一定影响，导致系统的惯性和工频响应能力降低，随着系统中负荷的变化威胁系统频率稳定，并且随着系统受到大扰动的情况下，很有可能造成整个系统失去稳定性；另外新能源发电的随机性和间歇性也将增加系统的有功不平衡，造成持续的频率偏差，所以本专利技术提出对风力发电机并网出口侧增加储能装置，并且采用具有同步发电机特性的控制方法，实现构网控制逆变器，放弃原本锁相环跟踪上网点相角带来的电流源特性，将控制目标改为电压幅值和相角，使得分布式电源对电网输出呈现电压源特性，具有同步发电机特性和维持电网功率平衡稳定电压，调节频率的效果。

技术实现思路

[0004]为克服新能源发电制氢所带来的问题，本专利技术提供一种大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法其通制氢系统动态模型、电力电子电路模型、储能装置模块和变换器控制模块实现风电制氢系统的仿真设计和并网运行控制。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法，所述大规模风电制氢系统包括风机，永磁同步电机，AC
‑
DC
‑
AC变流器，滤波器，变压器，电解槽，制氢电源，储能装置和模拟大电网；通过所述风机带动永磁同步电机将风能转化为交流电进行发电，AC
‑
DC
‑
AC变流器将交流电转化为直流电再转化为交流电进行并网运行；电能经过变压器传送到制氢电源，交流电通过AC
‑
DC变流器，用直流电给电解槽供电制造氢气；将所述储能装置接在风机并网出口侧，通过AC
‑
DC变流器向储能装置充电。
[0007]进一步地，所述风力发电机侧的AC
‑
DC变流器根据风机本体风速v、风机转速ω
r
、风机叶片半径r、叶尖速比λ的关系，得到参考风机转速w_ref，其当做永磁同步发电机转速的参考，形成变流器控制策略的转速环，对交流侧电流经过Park变换后的q轴上的电流i
q
形成参考信号；
[0008][0009][0010][0011][0012]式中，P
e
为永磁同步电机输出功率；P
m
风机捕获的机械功率；C
p
风能利用系数；β是桨距角；是叶尖速比；ρ空气密度；R风轮半径；V是风速；i
sd
，i
sq
为交流侧dq轴电流分量；ψ
f
为电机磁链，L
d
、L
q
为电机电感的dq轴分量，ω为角频率，N是齿轮箱变比，ω
r
是风机的转速，v是风速；
[0013]所述风机并网侧采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略，在风机网侧部分以直流侧电容电压u
dc
为控制外环，u
dcref
取期望电压幅值形成电压外环，两者差值对并网侧交流电Park变换后的dq轴上的d轴电流i
d
进行控制；
[0014]u
sa
＝u
ao
+Ldi
a
/dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0015]u
sb
＝u
bo
+Ldi
b
/dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0016]u
sc
＝u
co
+Ldi
c
/dt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0017]u
sa
+u
sb
+u
sc
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0018]i
a
+i
b
+i
c
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0019]u
sd
＝u
dn
+Ldi
d
/dt
‑
ωLi
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0020]u
sq
＝u
qn
+Ld
iq
/dt+ωLi
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0021]式中，u
sa
、u
sb
、u
sc
为电网侧相电压；i
a
、i
b
、i
c
为电网侧线电流；u
ao
、u
bo
、u
co
是并网三相线路的相电压；u
sd
为电网侧电压d轴分量；u
sq
为电网侧电压q轴分量；u
dn
为变换器交流侧电压d轴分量；u
qn
为变换器交流侧电压q轴分量；L为变换器交流侧线路滤波电感；ω为角频率；i
d
、i
q
分别为变换器交流侧的dq轴电流分量；
[0022]所述电解槽采用AC
‑
DC变流器，采取网侧三相电压经过Park变换得到u
sd
、u
sq
，利用dq轴电压和功率的关系，计算出三相交流电经过Park变换后的d轴电流i
d
参考信号，采用电流单环控制，其作为d轴电流i
d
参考信号，对其进行控制；
[0023][0024][0025]所述储能装置的AC
‑
DC变流器，采用功率外环，电流内环控制策略，P
ref
作为参考信号来控制变流器输出；
[0026][0027][0028]在dq变换时，令d轴与电网电压的空间矢量相位完全重合，所以电网电压q轴分量为零：
[0029][0030][0031]式中，P、Q为电网侧三相有功、无功功率；i
d...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法，其特征在于：所述大规模风电制氢系统包括风机，永磁同步电机，AC
‑
DC
‑
AC变流器，滤波器，变压器，电解槽，制氢电源，储能装置和模拟大电网；通过所述风机带动永磁同步电机将风能转化为交流电进行发电，AC
‑
DC
‑
AC变流器将交流电转化为直流电再转化为交流电进行并网运行；电能经过变压器传送到制氢电源，交流电通过AC
‑
DC变流器，用直流电给电解槽供电制造氢气；将所述储能装置接在风机并网出口侧，通过AC
‑
DC变流器向储能装置充电。2.根据权利要求1所述的大规模风电制氢系统仿真设计和并网运行控制方法，其特征在于：所述风力发电机侧的AC
‑
DC变流器根据风机本体风速v、风机转速ω
r
、风机叶片半径r、叶尖速比λ的关系，得到参考风机转速w_ref,其当做永磁同步发电机转速的参考，形成变流器控制策略的转速环，对交流侧电流经过Park变换后的q轴上的电流i
q
形成参考信号；形成参考信号；形成参考信号；形成参考信号；式中，P
e
为永磁同步电机输出功率；P
m
风机捕获的机械功率；C
p
风能利用系数；β是桨距角；是叶尖速比；ρ空气密度；R风轮半径；V是风速；i
sd
，i
sq
为交流侧dq轴电流分量；ψ
f
为电机磁链，L
d
、L
q
为电机电感的dq轴分量，ω为角频率，N是齿轮箱变比，ω
r
是风机的转速，v是风速；所述风机并网侧采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略，在风机网侧部分以直流侧电容电压u
dc
为控制外环，u
dcref
取期望电压幅值形成电压外环，两者差值对并网侧交流电Park变换后的dq轴上的d轴电流i
d
进行控制；u
sa
＝u
ao
+Ldi
a
/dt
ꢀꢀꢀꢀ
(5)u
sb
＝u
bo
+Ldi
b
/dt
ꢀꢀꢀꢀ
(6)u
sc
＝u
co
+Ldi
c
/dt
ꢀꢀꢀꢀ
(7)u
sa
+u
sb
+u
sc
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(8)i
a
+i
b
+i
c
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(9)u
sd
＝u
dn
+Ldi
d
/dt
‑
ωLi
q
ꢀꢀꢀꢀ
(10)u
sq
＝u
qn
+Ld
iq
/dt+ωLi
d
ꢀꢀꢀꢀ
(11)式中，u
sa
、u
sb
、u
sc
为电网侧相电压；i
a
、i
b
、i
c
为电网侧线电流；u
ao
、u
bo
、u
co
是并网三相线路的相电压；u
sd
为电网侧电压d轴分量；u
sq
为电网侧电压q轴分量；u
dn
为变换器交流侧电压d轴分量；u
qn
为变换器交流侧电压q轴分量；L为变换器交流侧线路滤波电感；ω为角频率；i
d
、i
q
分别为变换器交流侧的dq轴电流分量；所述电解槽采用AC
‑
DC变流器，采取网侧三相电压经过Park变换得到u
sd
、u
sq
，利用dq轴电压和功率的关系，计算出三相交流电经过Park变换后的d轴电流i
d
参考信号，采用电流单
环控制，其作为d轴电流i
d
参考信号，对其进行控制；参考信号，对其进行控制；所述储能装置的AC
‑
DC变流器，采用功率外环，电流内环控制策略,P
ref
作为参考信号来控制变流器输出；控制变流器输出；在dq变换时，令d轴与电网电压的空间矢量相位完全重合，所以电网电压q轴分量为零：在dq变换时，令d轴与电网电压的空间矢量相位完全重合，所以电网电压q轴分量为零：式中，P、Q为电网侧三相有功、无功功率；i
d
、i
q

【专利技术属性】
技术研发人员：苗双林，叶华，裴玮，张学，丁玉军，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：