[发明专利]一种低压大功率并网制氢电源装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种低压大功率并网制氢电源装置及控制方法。它首先提出了一种低压大功率并网制氢电源装置，包括整流器模组、并联逆变器模组、中频移相四绕组降压变压器、三相二极管不控整流桥组、低压滤波电路组和制氢装置。首先，利用整流器模组调节整流器模组直流输出电压，进而调节整流器模组输出功率，将电网的交流电流转换为直流电流，然后，控制并联逆变器模组将输出功率传输到中频移相四绕组降压变压器侧，经过变压器降压、二极管整流和滤波电路最后并入制氢装置。本发明的低压大功率并网制氢电源装置可以实现制氢装置接入中高压配电网，实现制氢装置在其工作电流下正常工作，满足了大功率并网制氢的需求。

技术领域

本发明涉及一种并网制氢电源装置及控制方法，尤其是一种低压大功率并网制氢电源装置及控制方法。

背景技术

目前，氢气作为一种高效、清洁的二次能源，在很多领域可以一定程度上替代传统化石能源，然而，由于风能和太阳能存在典型的波动性、随机性和阶段性供电等问题，离网型制氢系统在效率、经济性及可靠性等方面面临巨大的挑战。相比于离网型制氢系统，并网型制氢系统具有容量大、适应性强、发展潜力高等优势。现有并网制氢电源装置存在两个方面的挑战：一方面是未能接入中高压配电网，无法实现大功率等级的变换，很难满足氢能应用在大规模、大功率、大容量方向发展的需求；第二个方面是并网制氢电源装置的稳定性和可控性较差，对电网的冲击较大。为了实现并网制氢电源装置的大功率传输和提高并网制氢电源装置的稳定性，针对低压大功率并网制氢电源装置拓扑结构和控制方法国内外专家学者们提出了一些方法，主要有：

题为“Decentralized control of offshore wind farms connected to diode-based HVDC links”【《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》， 2018，33(03)：1233-1241】、题为《基于分散控制的二极管连接的海上风电场高压直流传输》，(《IEEE能量变换专辑》，2018年第33卷第3期1233～1241 页)的文章提出了应用于海上风电场的工频高压大功率直流变流器拓扑，该方案具有较低的维护性和较高的可靠性，但因其工频变压器较大且控制算法复杂，无法瞬时均分多台逆变器并联的功率。题为“风光氢联合式独立发电系统的建模及仿真”，(《电网技术》，2007年第31卷第22期75～79页)的文章提出了一种独立使用的风光氢联合式独立发电系统，克服了由于风能和太阳能随机变化而对发电系统产生的不利影响，然而其装置系统容量较小，无法满足低压大功率制氢应用的需求。中国专利文献《一种电解制氢设备并网系统》(CN109755963A)提出了一种并网制氢系统，还对其控制方法进行了说明，但此文献提出的的并网制氢系统与本专利所提的低压大功率并网制氢电源装置拓扑及控制方式均不同，但是文献并未具体介绍其拓扑结构已经系统所能传输的功率，无法判断其是否能满足大功率并网制氢的需求。

总之，现有并网制氢技术成熟性较低，很难兼顾装置体积小、单体容量大、装置稳定性强等方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对低压大功率并网制氢电源装置功率变换等级低、稳定性弱等问题，提供一种低压大功率并网制氢电源装置及控制方法。

本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种低压大功率并网制氢电源装置，包括一个整流器模组、一个并联逆变器模组、一个中频移相四绕组降压变压器、一个三相二极管不控整流桥组、与三相二极管不控整流桥组对应的低压滤波电路组和制氢装置；

所述并联逆变器模组中包括N个相同的逆变器模组，每个逆变器模组由一个三电平三桥臂逆变器和一个LCL电路组成，所述LCL电路包括顺序串联的三相桥臂侧电感和三相变压器侧电感，三相星型连接滤波电容接入三相桥臂侧电感和三相变压器侧电感之间；N个逆变器模组中的N个三电平三桥臂逆变器的正极并联后构成并联逆变器模组的共直流母线正端，N个逆变器模组中的N个三电平三桥臂逆变器的负极并联后构成并联逆变器模组的共直流母线负端；N个逆变器模组中的N个三相变压器侧电感输出端并联后与中频移相四绕组降压变压器的高压侧相连接；