一种隔离型制氢电源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种隔离型制氢电源系统及其控制方法，系统包括控制单元和一个以上的功率支路，各功率支路均包括非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器，各非隔离型DC/DC变换器的输入端均与光伏系统相连，非隔离型DC/DC变换器的输出端与对应功率支路的隔离型DC/DC变换器的输入端相连，各隔离型DC/DC变换器的输出端均与电解槽相连；控制单元分别与各非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器相连，用于调节各非隔离型DC/DC变换器的占空比和隔离型DC/DC变换器的增益，实现光伏系统与电解槽之间的电压匹配。本发明专利技术能够实现光伏系统与电解槽电压的匹配，以及避免光伏系统与电解槽的直接电气连接。直接电气连接。直接电气连接。

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型制氢电源系统及其控制方法


[0001]本专利技术主要涉及制氢
，具体涉及一种隔离型制氢电源系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]在传统领域中，光伏电池产生的电能通常转换成交流电能通过交流电网并网。制氢电源系统从交流电网取能，整流成直流电，供电解槽使用，由于经过转换的环节较多，其效率必然较低。其中交流耦合制氢电源如图1所示。
[0003]对于制氢供电电源的直流耦合制氢电源如图2所示。若直接从光伏阵列取能(直流电)，能省去中间变换环节，实现电能的高效利用，对能源的节约使用具有巨大意义。但是目前对光伏直流耦合方式存在如下4个问题：
[0004]1.由于光伏电池阵列组的负极不接地，电解槽的负极接地，对于制氢电源系统，需要解决两个系统接地不兼容的问题。
[0005]2.常用的光伏变流器的标称电压为DC1500V(直流母线电压约为DC1350V)，DC1000V(直流母线电压约为DC850V)，对于主流电解槽厂商而言，目前电解槽的直流供电电压DC200V
‑
DC1000V之间。因此，光伏变流器不可以直接接入电解槽，需要通过至少一级DC/DC变换，将光伏变流器电压调整至电解槽可接受电压后方可持续供电。
[0006]3.对于电解槽不同的制氢量需求，需要不同功率等级的制氢电源系统，在目前传统的晶闸管制氢电源系统，通常功率较大，对于小功率的电解槽的需求，常用做法是用大功率晶闸管电源覆盖小功率电源的需求，存在晶闸管选型过大，提高了电源系统的成本。
[0007]4.光伏电池阵列与电解槽直连系统无中间DC/DC变换环节，无法主动控制电压及功率，光伏电池阵列组输出电压及功率受光照、温度、天气等环境因素表现出随机变化性大的特点，这与电解槽制氢系统在可控、持续、稳定制氢及电解槽可靠极化的应用要求相悖。直连系统既无法保证光伏阵列工作在最大功率点，又无法保证电解槽负载在额定电压、电流点稳定运行，甚至影响电解槽制氢工作前的基本极化前提，基本无法实现工程化应用。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现光伏系统与电解槽电压相互匹配的隔离型制氢电源系统及其控制方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0010]一种隔离型制氢电源系统，包括控制单元和一个以上的功率支路，当功率支路为多个时，多个功率支路相互并联，各所述功率支路均包括非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器，各所述非隔离型DC/DC变换器的输入端均与光伏系统的输出端相连，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与对应功率支路的隔离型DC/DC变换器的输入端相连，各所述隔离型DC/DC变换器的输出端均与电解槽相连；所述控制单元分别与各所述非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器相连，用于调节各所述非隔离型DC/DC变换器的占空比和隔离
型DC/DC变换器的增益，实现光伏系统与电解槽之间的电压匹配。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进：
[0012]所述隔离型DC/DC变换器为半桥LLC谐振变换器或全桥LLC谐振变换器或DAB变换器。
[0013]所述隔离型DC/DC变换器为全桥LLC谐振变换器，具体包括依次相连的高频逆变模块、隔离模块和整流模块，所述高频逆变模块的输入端与非隔离型DC/DC变换器的输出端相连，所述整流模块的输出端与电解槽相连。
[0014]所述高频逆变模块包括高频逆变电路，所述隔离模块包括高频变压器，所述整流模块包括整流电路，所述高频逆变电路、高频变压器和整流电路依次相连；所述高频逆变电路的输入端并联有支撑电容，所述高频逆变电路与高频变压器之间串联有谐振电容，所述整流电路的输出端并联有输出电容。
[0015]所述高频变压器的变比为1：1或者N：1，其中N>1。
[0016]所述非隔离型DC/DC变换器为Buck斩波电路或Boost斩波电路。
[0017]还包括信号检测单元，所述信号检测单元与所述控制单元相连，用于检测非隔离型DC/DC变换器的输入电压、非隔离型DC/DC变换器的输出电压、隔离型DC/DC变换器的输出电压、各变换器的温度、各变换器的驱动控制信号或各变换器的状态与保护回馈信号中的一种或多种。
[0018]所述控制单元包括多个控制器，各所述控制器分别与所述功率支路一一对应，用于实现对应功率支路中的非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器的控制。
[0019]各所述非隔离型DC/DC变换器与隔离型DC/DC变换器的连接点通过DC/DC模块与储能电池相连，以实现非隔离型DC/DC变换器与隔离型DC/DC变换器之间中间直流侧电压的稳定。
[0020]各所述非隔离型DC/DC变换器与隔离型DC/DC变换器的连接点通过DC/AC模块与电网相连，以实现非隔离型DC/DC变换器与隔离型DC/DC变换器之间中间直流侧电压的稳定。
[0021]本专利技术还公开了一种基于如上所述的隔离型制氢电源系统的控制方法，包括步骤：
[0022]初始状态下各DC/DC变换器的脉冲封锁，光伏系统将直流电压送至制氢电源系统的输入侧，中间直流侧电压及制氢电源系统输出侧电压均为零；
[0023]启动隔离型DC/DC变换器工作，将中间直流侧电压经隔离型DC/DC变换器变换为乘以预设增益后的输出侧电压；此时中间直流侧电压暂时为零，预设增益为实现软开关特性前提下的隔离型DC/DC变换器的最低增益；
[0024]再启动非隔离型DC/DC变换器工作，输出预设占空比至非隔离型DC/DC变换器，通过非隔离型DC/DC变换器将输入侧电压变换为较小的中间直流侧电压，再经隔离型DC/DC变换器变换为乘以预设增益后的制氢电源系统输出侧电压；
[0025]逐渐增大非隔离型DC/DC变换器的占空比，直至制氢电源系统输出侧电压达到电解槽极化电压，达到电解槽极化电压后再通过微调非隔离型DC/DC变换器的占空比，使得制氢电源系统持续输出小电流使电解槽极化完成；
[0026]然后保持非隔离型DC/DC变换器的占空比不变，调节隔离型DC/DC变换器的增益，使制氢电源系统输出侧电流逐渐增大直至达到电解槽额定电流，使得电解槽达到额定运行
状态。
[0027]作为上述技术方案的进一步改进：
[0028]通过移相或调频来实现隔离型DC/DC变换器的增益的调节。
[0029]在制氢电源系统输出电压达到电解槽极化电压之前，制氢电源系统输出电压采用开环控制；在制氢电源系统输出电压达到电解槽极化电压之后，通过制氢电源系统输出侧电流闭环控制以及将保持的占空比作为前馈来调节非隔离型DC/DC变换器的占空比，实现电解槽的恒定小电流极化。
[0030]在电解槽极化完成后，通过调节隔离型DC/DC变换器的增益来实现制氢电源输出电流闭环控制，使得制氢电源输出电流达到电解槽额定电流。
[0031]与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔离型制氢电源系统，其特征在于，包括控制单元和一个以上的功率支路，当功率支路为多个时，多个功率支路相互并联，各所述功率支路均包括非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器，各所述非隔离型DC/DC变换器的输入端均与光伏系统的输出端相连，所述非隔离型DC/DC变换器的输出端与对应功率支路的隔离型DC/DC变换器的输入端相连，各所述隔离型DC/DC变换器的输出端均与电解槽相连；所述控制单元分别与各所述非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器相连，用于调节各所述非隔离型DC/DC变换器的占空比和隔离型DC/DC变换器的增益，实现光伏系统与电解槽之间的电压匹配。2.根据权利要求1所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器为半桥LLC谐振变换器或全桥LLC谐振变换器或DAB变换器。3.根据权利要求2所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，所述隔离型DC/DC变换器为全桥LLC谐振变换器，具体包括依次相连的高频逆变模块、隔离模块和整流模块，所述高频逆变模块的输入端与非隔离型DC/DC变换器的输出端相连，所述整流模块的输出端与电解槽相连。4.根据权利要求3所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，所述高频逆变模块包括高频逆变电路，所述隔离模块包括高频变压器，所述整流模块包括整流电路，所述高频逆变电路、高频变压器和整流电路依次相连；所述高频逆变电路的输入端并联有支撑电容，所述高频逆变电路与高频变压器之间串联有谐振电容，所述整流电路的输出端并联有输出电容。5.根据权利要求3或4所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，所述高频变压器的变比为1：1或者N：1，其中N>1。6.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，所述非隔离型DC/DC变换器为Buck斩波电路或Boost斩波电路。7.根据权利要求1
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4中任意一项所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，还包括信号检测单元，所述信号检测单元与所述控制单元相连，用于检测非隔离型DC/DC变换器的输入电压、非隔离型DC/DC变换器的输出电压、隔离型DC/DC变换器的输出电压、各变换器的温度、各变换器的驱动控制信号或各变换器的状态与保护回馈信号中的一种或多种。8.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的隔离型制氢电源系统，其特征在于，所述控制单元包括多个控制器，各所述控制器分别与所述功率支路一一对应，用于实现对应功率支路中的非隔离型DC/DC变换器和隔离型DC/DC变换器的控制。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雪峰，陈洁莲，饶沛南，宋乾儒，王雄，宁佳伟，刘韬，刘永丽，钟强，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：