[发明专利]一种电-氢孤岛直流微电网运行控制方法

说明书

本发明涉及一种电‑氢孤岛直流微电网运行控制方法，包括如下步骤：步骤一、根据风光发电系统与制氢需求间的差额，以及锂电池的荷电状态、储氢罐的氢状态，确定系统的运行模式与不同运行模式间的切换条件；步骤二、确定风电机组、光伏发电系统、锂电池储能系统、制氢单元在不同运行模式下所对应的各接口装置控制策略；步骤三、确定上层功率管理与本地设备的交互信息。本发明的方法能够通过功率管理算法根据系统各单元的运行状态实时调度分布式发电单元与制氢单元的功率，实现系统稳定运行。将制氢单元和可再生能源结合能够减小制氢成本，同时能够提升可再生能源利用率。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其是一种电-氢孤岛直流微电网运行控制方法。

背景技术

能源危机和环境污染问题是制约世界各国经济快速发展的重要因素。优化能源配置，提升清洁能源发电比例，实现清洁、低碳化可持续发展是未来电力能源领域的主要发展趋势。快速开发和利用风、光可再生能源是解决上述问题的主要措施。近年来，风、光发电系统已经得到了迅速的发展，随着装机容量的不断提升，如何高效消纳大规模可再生能源已经成为了关键技术问题。

在减少碳排放、能源安全、促进经济增长等因素的驱动下，氢能应用得到了广泛关注。目前制氢方法多种多样，在众多方法中采用可再生能源制氢是一种清洁、绿色化的制氢方案，也是未来的重要发展方向。由于风、光发电系统输出功率具有不确定性和间歇性特点，无法实时匹配电网或者负荷功率需求，因此需要配置储能系统来吸收或补偿可再生能源与负荷之间的不平衡功率。目前最为常用的储能单元为锂电池，虽然锂电池具备快速的动态响应能力，但是其属于短期储能，且成本较高，无法长期消纳不平衡功率。氢作为一种能量载体，具有能量密度高、容量大、寿命长、便于储存和传输等特点，将过剩的可再生能源制氢，不仅可以直接应用，还可以与储氢罐、燃料电池构成氢储能，实现氢能与电能的互补转化。电解水制氢是一种长期储能方式，能够较好的填补锂电池储能能量密度低的缺陷。燃油汽车是二氧化碳排放的主要贡献者，为了实现清洁、低碳、绿色轨道交通，氢燃料电池汽车得到了快速发展。为了满足氢燃料电池汽车的加氢需求，需要快速布局加氢站。由于输氢成本较高，因此将可再生能源与电解槽结合实现本地制氢是一种降低制氢成本的有效方式，不仅能够实现电网与气网的互补转化，同时能够提升可再生能源的利用率。此外，随着氢能的快速发展，能够驱动上下游产业发展，为经济增长提供新动力，同时能够增加就业需求。

由于制氢单元和锂电池储能都采用直流输入/输出形式，与交流接入方案相比，采用直流微电网架构能够更好的提升系统整体效率，减小投资成本。电- 氢孤岛直流微电网的典型结构如图所示。

根据图1可知，孤岛直流微电网典型结构中包括风、光可再生能源发电系统，锂电池储能以及制氢单元，各单元共同汇入直流母线。直驱永磁同步发电机组通过电压源型PWM整流器接入直流母线，光伏发电单元采用升压型变换器作为接口装置。锂电池储能系统为孤岛直流微电网的主控单元，采用双向 DC/DC变换器实现锂电池的充放电控制。为了增强制氢系统冗余性和可靠性，增加制氢系统的运行范围，采用模块化结构，每个制氢单元由电解槽和降压型变换器构成，电解槽所产生的氢气存储至储氢罐。但是现有技术中，如何保障电-氢孤岛直流微电网稳定、安全、高效运行，还存在一些技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，保证电-氢孤岛直流微电网稳定运行，本发明提出一种电-氢孤岛直流微电网运行控制方法，填补相关技术空白，应用前景广阔。

本发明的技术方案如下：一种电-氢孤岛直流微电网运行控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据风光发电系统与制氢需求间的差额，以及锂电池的荷电状态、储氢罐的氢状态，确定系统的运行模式与不同运行模式间的切换条件；

步骤二、确定风电机组、光伏发电系统、锂电池储能系统、制氢单元在不同运行模式下所对应的各接口装置控制策略；

步骤三、确定上层功率管理与本地设备的交互信息。