[发明专利]基于氢燃料电池的水电站直流系统

说明书

本发明提供了一种基于氢燃料电池的水电站直流系统，其中水电站制氢系统的输出端通过输氢管路与水电站储氢系统相连通；水电站储氢系统通过输氢管路与氢燃料电池电堆相连通；氢燃料电池电堆的输出端与直流开关柜的输入端电连接；直流开关柜的输出端与水电站直流用电负荷电连接；水电站储氢系统内部设置有压力传感器；水电站储氢系统与氢燃料电池之间的输氢管路上设置有可调节阀门；氢燃料电池电堆与直流开关柜电连接的线路上设置有电流变送器和电压变送器；压力传感器、可调节阀门、电流变送器、电压变送器分别与氢‑电联合控制柜电连接。本发明使用氢能燃料电池(电化学反应)方式克服以铅酸蓄电池为后备电源的泄露后污染高、毒性缺陷。

技术领域

本发明涉及水利水电机电技术领域，具体涉及一种基于氢燃料电池的水电站直流系统。

背景技术

水电站设直流系统为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源。直流系统在水电厂中是一个相对独立的电源系统，正常运行时由外部提供交流电源，经过直流充电装置整流后提供直流电源，在外部交流电中断的情况下，由直流蓄电池继续提供直流电源，以保证控制、保护设备的供电连续性。目前，水电站直流系统的电池大都采用铅酸或者镉镍蓄电池，无论是铅酸还是镉镍电池，都具有一定的腐蚀性和毒性，不仅需要专门的隔室单独布置，而且一旦泄露会造成严重的环境污染，甚至危及人身安全，因此需要采取相关防护措施。此外，蓄电池寿命有限，随着运行时间增加，电池的性能会逐渐下降，当蓄电池寿命到期后需要更换新电池以保证系统直流的连续、可靠供电。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于氢燃料电池的水电站直流系统，有效提高运行人员的安全性，降低设备节能降耗，替换高耗能高污染传统设备，实现水电站运行维护的零排放。

本发明提供了一种基于氢燃料电池的水电站直流系统，其特征在于包括水电站制氢系统、水电站储氢系统、压力传感器、.输氢管路、氢燃料电池电堆、可调节阀门、电流变送器、电压变送器、氢-电联合控制柜、直流开关柜；其中水电站制氢系统的输出端通过输氢管路与水电站储氢系统相连通；水电站储氢系统通过输氢管路与氢燃料电池电堆相连通；氢燃料电池电堆的输出端与直流开关柜的输入端电连接；直流开关柜的输出端与水电站直流用电负荷电连接；水电站储氢系统内部设置有压力传感器；水电站储氢系统与氢燃料电池之间的输氢管路上设置有可调节阀门；氢燃料电池电堆与直流开关柜电连接的线路上设置有电流变送器和电压变送器；压力传感器、可调节阀门、电流变送器、电压变送器分别与氢-电联合控制柜电连接。

上述技术方案中，所述氢燃料电池电堆的正极输出端与直流开关柜的正极电连接，所述氢燃料电池电堆的负极输出端与直流开关柜的负极电连接；电流变送器串联于氢燃料电池电堆的正极输出端与直流开关柜的正极之间；电压变送器串联于直流开关柜的正极和负极之间。

上述技术方案中，输氢管路采用钢材料、焊接工艺，运输压力8Mpa,管径根据氢燃料电池电堆容量确定。

上述技术方案中，氢能燃料电池电堆采用质子交换膜燃料电池,氢能燃料电池的容量根据水电站的直流负荷确定，容量在100kW以内。

上述技术方案中，直流开关柜设置有直流母线和直流断路器，通过电缆连接到水电站各个直流负荷中心的直流配电分柜供电。

上述技术方案中，氢电联合控制柜采用PLC进行控制，利用闭环控制方式，分别通过电流变送器和电压变送器采集氢能燃料电池电堆的输出电流、电压，通过压力传感器监视储氢系统的压力；通过控制可调节阀门调整氢燃料电池电堆的氢气进气量，从而控制氢燃料电池电堆的直流输出容量。

上述技术方案中，储氢系统采用高压储氢罐，布置在水电站蓄电池室附近，储氢罐采用包括钢、铝或者碳纤维制作，存储压力10～70Mpa,储氢罐的容积大小根据氢燃料电池电堆的容量确定。