[发明专利]一种风-氢-水-电混合能源系统拓扑结构及其控制方法

权利要求书

1.一种风-氢-水-电混合能源系统拓扑结构，其特征在于：

包括进行风力发电的永磁同步风力发电机，永磁同步风力发电机经背靠背双PWM变流器输出，背靠背双PWM变流器输出端经总控制开关(1)连接电网；

包括用于接收永磁同步风力发电机产生电能进行电解的电解池，背靠背双PWM变流器输出端依次经电解池控制开关(2)、电解池整流器后连接到电解池；

包括用于氢气和氧气反应合成电能的燃料电池，电解池输出的氢气存储罐和氧气存储罐均输入到燃料电池，燃料电池输出端依次经燃料电池逆变器、燃料电池控制开关(3)连接负荷；

包括协调控制永磁同步风力发电机、电解池和燃料电池之间运行的中央控制器，中央控制器分别连接永磁同步风力发电机、电解池、燃料电池、总控制开关(1)、电解池控制开关(2)和燃料电池控制开关(3)。

2.根据权利要求1所述的一种风-氢-水-电混合能源系统拓扑结构，其特征在于：所述的步骤1)中的永磁同步风力发电机由风力机与永磁同步发电机组成，所述的电解池为质子交换膜电解池，所述的燃料电池为质子交换膜燃料电池，所述的负荷为电阻型三相交流负荷。

3.应用于权利要求1～2任一所述系统的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于包括以下步骤：构建所述风-氢-水-电混合能源系统；

当永磁同步风力发电机输出电能质量和电量满足电网要求时，永磁同步风力发电机并网运行，永磁同步风力发电机进行发电并对电网供电，系统在风电并网发电运行模式或者盈余风电制氢运行模式下工作并利用中央控制器实现对应模式下永磁同步风力发电机和电解池的协调控制；

当永磁同步风力发电机输出电能质量和电量不满足电网要求时，永磁同步风力发电机离网运行，永磁同步风力发电机进行发电对电解池供电，系统在弃风制氢运行模式或者燃料电池发电运行模式下工作并利用中央控制器实现对应模式下永磁同步风力发电机和电解池、燃料电池的协调控制。

4.根据权利要求3所述的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于：当所述永磁同步风力发电机的发电量相对于电网不存在多余风电，则系统采用风电并网发电运行模式并利用中央控制器实现该模式下永磁同步风力发电机和电解池的协调控制；当所述永磁同步风力发电机的发电量相对于电网存在多余风电，则系统采用盈余风电制氢运行模式并利用中央控制器实现该模式下永磁同步风力发电机和电解池的协调控制。

5.根据权利要求3所述的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于：当风速满足所述永磁同步风力发电机的启动条件，则永磁同步风力发电机工作，系统采用弃风制氢运行模式并利用中央控制器实现该模式下永磁同步风力发电机、燃料电池和电解池的协调控制；当风速不满足所述永磁同步风力发电机的启动条件，则永磁同步风力发电机不工作，系统采用燃料电池发电运行模式并利用中央控制器实现该模式下燃料电池和负荷的协调控制。

6.根据权利要求3所述的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于：所述的风电并网发电运行模式具体为：永磁同步风力发电机进行发电并输出电能对电网供电，永磁同步风力发电机不向电解池供电，电解池和燃料电池不工作；永磁同步风力发电机采用定子磁链定向矢量控制方法和电网电压矢量控制方法分别进行励磁电流和输出电流的控制。

7.根据权利要求3所述的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于：所述的盈余风电制氢运行模式具体为：永磁同步风力发电机进行发电并输出电能向电网和电解池供电，利用电解池将永磁同步风力发电机相对于电网供电的多余输出电能电解转换为氢气和氧气存储，燃料电池不工作；永磁同步风力发电机采用定子磁链定向矢量控制方法和电网电压矢量控制方法分别进行励磁电流和输出电流的控制，电解池采用电网电压矢量控制方法控制输入电流。

8.根据权利要求3所述的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于：所述的弃风制氢运行模式具体为：永磁同步风力发电机进行发电并输出电能向电解池供电，利用电解池将永磁同步风力发电机的输出电能将水制取氢气和氧气存储，电解池向燃料电池供氢气和氧气，利用燃料电池消耗储氢为负荷供能；永磁同步风力发电机采用定子磁链定向矢量控制方法和功率下垂控制方法分别进行励磁电流与输出电压幅值和频率的控制，电解池采用电压闭环反馈控制方法进行输入电流的控制，燃料电池采用电压闭环反馈控制方法进行输出电流的控制。

9.根据权利要求3所述的一种风-氢-水-电混合能源系统控制方法，其特征在于：所述的燃料电池发电运行模式具体为：永磁同步风力发电机不工作处于停机状态，电解池利用已存储的氢气和氧气向燃料电池供能，使燃料电池输出电能为负载提供电能，使得负荷正常运行，燃料电池采用电压闭环反馈控制方法进行输入电流的控制。