[发明专利]风光发电和制氢储氢系统的运行控制方法

说明书

本发明为风光发电和制氢储氢系统的运行控制方法，涉及新能源风光发电制氢技术领域。其风电场风机侧的整流器与网侧逆变器连接；直流母线上接有DC/DC的超级电容器，超级电容器后面连接制氢、储氢系统；光伏系统通过DC/DC与超级电容器前面的直流母线连接，作为风电场的功率补偿单元，还包括功率协调控制模块和监测模块主要解决风光发电和制氢储氢系统调峰能力差、制氢不平滑、设备寿命短等问题，具有系统调峰能力强、能满足负荷晚高峰的要求、能保证制氢平滑、延长设备寿命、并在保证制氢纯度的前提下能柔性并网、能源利用率高的特点，该运行控制方法进一步提高了能源的利用率。

技术领域

本发明涉及新能源风光发电制氢技术领域，具体是一种风光发电和制氢储氢系统的运行控制方法。

背景技术

随着现代社会的快速发展，对能源的需求已经达到了一个高速增长的阶段。不仅电力能源短缺，制冷、供暖系统还造成严重的空气污染。能源安全和供需匹配等问题日益突出。风光等资源开始受到人们的关注。风能随机性，波动性，和无规律性的特点会造成风电并网困难，对电网冲击大且弃风量高。风力发电系统不能满足负荷晚高峰的要求。增强系统调峰能力，提高能源利用率仍然是主要目标。同时，平衡风电系统功率也是亟待研究的课题，制氢储氢过程中产生的热能和氧气如何循环利用，对于风电场附近地区的用户如何更大限度的利用风光热资源对节能减排具有重大意义。

传统风光储能系统并网控制方法，一方面风电场与电网调度指标之间不匹配造成的新能源利用效率不高；制氢储氢系统产生的氧气和热量直接排放掉，人们生活消耗的能源不能做到零碳排放。另一方面制氢不平滑、设备寿命短；再者，在控制方法中不考虑极端情况，忽略风光能源的互补性，造成储能系统中某些装置退运，影响设备寿命。

发明内容

本发明提出风光发电和制氢储氢系统的运行控制方法，主要解决风光发电和制氢储氢系统调峰能力差不能满足负荷晚高峰的要求、风能对电网冲击大、并网困难、制氢不平滑、设备寿命短和能源利用率低的问题。本发明具有系统调峰能力强、能满足负荷晚高峰的要求、能保证制氢平滑、延长设备寿命、并在保证制氢纯度的前提下能柔性并网的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：风电场风机侧的AC/DC整流器与网侧DC/AC逆变器连接，网侧DC/AC逆变器另一端与电网交流母线上的变压器连接；直流母线上接有DC/DC的超级电容器，超级电容器后面连接制氢、储氢系统；光伏系统通过DC/DC与超级电容器前面的直流母线连接，作为风电场的功率补偿单元；还包括功率协调控制模块和监测模块，监测模块和功率协调控制模块相连。超级电容器配合功率协调控制模块使制氢系统工作于恒功率状态，使风电场柔性并网。

优选的，制氢、储氢系统包括固体氧化物电解槽和氢-空气燃料电池，固体氧化物电解槽输入端与氢-空气燃料电池输出端均通过多端口DC/DC变换器与超级电容器后面的直流母线相连；固体氧化物电解槽输出端通过储氧装置和内燃机与储能装置相连，储能装置通过DC/DC与固体氧化物电解槽输入端相连；固体氧化物电解槽输出端通过储氢装置和氢-空气燃料电池输入端相连；氢-空气燃料电池和内燃机产生的热能用于固体氧化物电解槽发生化学反应；制氢储氢系统以氢能为基础，吸收和补偿系统功率，保证并网点功率平滑，储能装置作为系统备用电源。

优选的，光伏系统DC/DC输出端与超级电容器前面的直流母线之间的线路上设置高压电器开关。

优选的，所述的风光发电和制氢储氢系统，其特征在于：还设有冷热系统，光伏系统的DC/DC输出端与冷热系统之间通过高压电器开关连接；在制氢储氢系统能够满足系统需求的时候，光伏系统连接用户，给用户进行制冷和供暖；当制氢储氢系统不能够平衡系统功率的时候，光伏系统或和冷热系统一起接入风电系统，解决制氢储氢系统极限问题；蓄热罐和闭式水蓄冷罐满足用户冷热需求，与氢-空气燃料电池一起为固体氧化物电解槽提供热能，为内燃机提供制冷；冷热系统可作为风电场的功率消耗单元；内燃机产生的热能用于固体氧化物电解槽发生化学反应。