[发明专利]一种光伏电解水制氢系统及控制方法

说明书

本发明专利公开了一种光伏电解水制氢系统及控制方法，包括光伏电池组件、三电平制氢电源、电解槽、监测单元、氢气纯化单元、供水循环单元、控制单元。本发明专利光伏电池组件直接接入制氢电源，制氢电源实现光伏组件的最大功率跟踪控制，并能够实现电解槽的电流控制；制氢电源采用基于飞跨电容的三电平拓扑，能够提高工作电压等级，通过并联使用，可以提高电解水的功率等级。本发明专利能够实现大规模光伏离网制氢，具有转换效率高、功率大的特点。

技术领域

本实发明专利涉及一种光伏电解水制氢系统及控制方法，特别涉及光伏电解水制氢领域。

背景技术

光伏发电行业发展迅速，在发全国发电量的占比逐年提高，光伏发电消纳问题凸显，电解水制氢是解决消纳问题的途径之一。传统制氢电源多是由变压器和晶闸管构成的整流器，这种电源适用于交流电网制氢，无法用于光伏直接制氢。为了实现光伏发电大规模低成本制氢，本发明专利提出了一种基于飞跨电容三电平拓扑的制氢电源的光伏电解水制氢系统及控制方法，可以有效提高电源的额定电压等级，采用常规1200V耐压的IGBT功率器件输入电压即可达到1500V，适用于1500V光伏发电系统的直接接入，同时制氢电源由多个三电平支路交错并联组成，提高电源的功率等级。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种高效率、低成本的大功率光伏电解水制氢系统及控制方法。

本发明所述的一种光伏电解水制氢系统由光伏电池组件、三电平制氢电源、电解槽、监测单元、氢气纯化单元、供水循环单元、控制单元组成；所述控制方法包括光伏组件最大功率跟踪(MPPT)控制、电解槽电流控制以及对电解水制氢流程的控制。

所述光伏电解水制氢系统的三电平制氢电源为飞跨电容三电平DC/DC拓扑结构，由多个三电平电路并联构成，且多个电路直接的开关管移相交错开通。所述的三电平制氢电源具备飞跨电容的预充电电路，预充电电路与三电平电路最下面开关管配合完成对飞跨电容的预充电。

所述光伏电解水制氢系统的控制单元采用DSP(数字信号处理器)作为控制芯片，控制模块给定三电平交错并联DC/DC模块的控制电流，并控制开关管导通和关断时序以实现交错工作；控制单元还具备故障保护功能，所述的故障保护包括过电流故障、过电压故障、欠电压故障，控制单元还控制纯化装置启动停止。

所述光伏电解水制氢系统的监测单元采用氢气传感器监测氢气是否有泄露，采用括温度和湿度传感器监测环境温度和湿度。

所述光伏电解水制氢系统控制方法，包括最大功率跟踪(MPPT)控制、电解槽电流控制以及对纯化系统的控制。最大功率跟踪控制采用爬坡法，通过制氢电源增加在制氢电源中实现MPPT控制，无需额外的光伏逆变器或MPPT控制器；电解槽电流控制是在满足电解槽启动特性和最大电流限定条件下按光伏组件MPPT控制所输出的电流；所述控制方法还包括了制氢电源的预充电控制，先给母线电容预充电，母线电容预充电完成后再闭合飞跨电容预充电接触器同时开通每个三电平支路最下面一个开关管，当飞跨电容充电电压达到1/2母线电压时，断开飞跨电容预充电接触器和最下面一个开关管

本发明专利提供的一种光伏电解水制氢系统及控制方法，通过上述结构及其作用，针对光伏发电直接电解水制氢可以实现高效率、低成本、高功率等级的特征。

附图说明

图1光伏电解水制氢系统图

图2基于飞跨电容三电平制氢电源原理图

图3飞跨电容充电示意图

图4光伏电解水制氢系统控制方法流程图

图5三电平制氢电源电流控制流程图

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。