[发明专利]一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法，通过设置光伏发电模块、风力发电模块、储能模块及备用电源，可根据天气情况及设备运行状态，在绿色能源制氢模式、风光储联合制氢模式、最大制氢模式、最小制氢模式、单独储能制氢模式及备用制氢模式之间智能切换，解决了光伏、风电单独工作时受天气影响不能长期、稳定工作的问题，大幅提高了制氢设备的年有效利用率、降低了制氢成本；还通过控制模块实时采集交流母线的电压与频率信号，当风电或光伏出现功率波动时，对交流母线进行补偿，使其电压与频率波动始终处于标准范围内，解决了单独风电或光伏制氢引起制氢设备频繁启动与关停、损坏制氢设备的问题，提高了电解槽的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种微电网制氢技术领域，特别是涉及一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法。

背景技术

氢气作为能源，有两个显著的特点。高能量密度，单位质量的热值约是汽油的3倍。绿色低碳，燃烧的产物是水，零污染，是世界上最干净的能源。适合作为大规模储能，实现能源储备。但空气中只有少量的氢气，其他氢主要以化合物的形式存储在水中。

目前偏远地区或海岛等电网网架延伸不到的区域，常采用离网型可再生能源电解水制氢，主要表现为风电电解水制氢和光伏电解水制氢两种。但上述单独新能源制氢方式存在受限于季节、天气等自然条件，如光伏发电晚上或阳光较弱时无法制氢，造成制氢设备年利用率较低，影响产氢量，提高了每立方氢气的成本，进而影响经济效益；此外，风电和光伏出力存在波动性，其出力曲线无法与电解设备负荷曲线匹配，容易造成母线电压及频率波动，从而降低电解槽使用寿命，影响整体制氢效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离网型微电网电解水制氢系统及其控制方法，用于解决现有技术中的离网型可再生能源电解水制氢受限于自然条件，造成制氢设备年利用率较低；以及风电和光伏出力存在波动性，造成母线电压及频率波动，影响制氢效率的问题。

本发明提供一种离网型微电网电解水制氢系统，所述系统包括：交流母线、制氢模块、备用电源、光伏发电模块、风力发电模块、储能模块及控制模块；

所述制氢模块的输入端与所述交流母线连接，输出端与所述备用电源的输入端连接；

所述备用电源的输出端与所述交流母线连接；

所述光伏发电模块及所述风力发电模块的输出端分别与所述交流母线连接；

所述储能模块的输入端和输出端共用一个端口，共用的所述端口与所述交流母线连接；

所述制氢模块、所述备用电源、所述光伏发电模块、所述风力发电模块及所述储能模块的控制端分别与所述控制模块连接。

于本发明的一实施例中，所述制氢模块包括整流柜、电解槽及储罐，所述整流柜的输入端与所述交流母线连接，输出端与所述电解槽的电源接口连接，所述电解槽的氢气出口与所述储罐的入口管道连接，所述储罐的出口管道与所述备用电源的输入端连接，所述整流柜的控制端与所述控制模块连接。

于本发明的一实施例中，所述备用电源包括第一逆变器、DC/DC转换器及燃料电池；

所述燃料电池的氢气入口与所述制氢模块的输出端连接，所述燃料电池的电源输出端与所述DC/DC转换器的输入端连接，所述DC/DC转换器的输出端与所述第一逆变器的输入端连接，所述第一逆变器的输出端与所述交流母线连接，所述第一逆变器及所述DC/DC转换器的控制端分别与所述控制模块连接。

于本发明的一实施例中，所述光伏发电模块包括第二逆变器及光伏发电单元，所述光伏发电单元的输出端与所述第二逆变器的输入端连接，所述第二逆变器的输出端与所述交流母线连接，所述第二逆变器的控制端与所述控制模块连接。