[发明专利]一种交流耦合离网风电制氢系统控制方法

权利要求书

1.一种交流耦合的离网风电制氢系统控制方法，所述离网风电制氢系统包括：含有多台风电机组的风电场(1)、含有多台电解水制氢设备的制氢系统(2)、电化学储能系统(3)、公共交流母线(4)、SVG设备(5)；交流耦合的离网风电制氢系统配置公共交流母线(4)，所述电化学储能系统(3)包括PCS，风电机组、制氢设备、PCS、SVG设备(5)均通过各自的升压变压器(7)高压侧连接至公共交流母线；所述离网风电制氢系统连接微网控制器；

所述风电场(1)包括风电机组、风功率预测系统，风功率预测系统用于进行短期功率预测，并将数据传输至微网控制器；

所述制氢系统(2)包含多台并联的电解水制氢设备、制氢控制单元，制氢控制单元与分别与每台电解水制氢设备连接；

所述电化学储能系统(3)还包含蓄电池组、EMS和BMS，所述电化学储能系统用作启动电源，通过储能系统的下垂控制实现微电网电压频率的建立，进而支持各设备启动；启动过程中，储能系统瞬时充、放电功率不超过单台风电机组额定功率Pn与单台制氢设备冷启动需求功率Pcold中的最大值；

所述微网控制器用于逐台启动风机、逐台冷启动制氢设备，用于主动控制制氢设备运行功率点跟踪风电输出功率变化，采取MPPT控制；

所述SVG设备(5)用于在启动及运行过程中补充系统无功功率偏差，维持无功功率平衡；

其特征在于，

交流耦合的离网风电制氢系统控制方法包括以下步骤：

步骤一：风功率预测系统进行短期功率预测，判断未来4h平均风功率水平高于制氢系统最小运行功率值时，系统进入启动流程；

步骤二：储能系统PCS通过下垂控制迅速建立微电网电压及频率，并对交流母线、集电线路、变压器进行充电。充电过程中，采取线路分段充电、变压器逐次投入的方式，减小涌流；

步骤三，微网控制器逐台启动风机、逐台冷启动制氢设备，电化学储能、SVG设备迅速对系统有功、无功偏差进行补偿，维持平衡，投入的风机采取MPPT控制，当已投入风机可发最大总功率Pmax大于单台制氢设备冷启动需求功率Pcold时，第一台制氢设备冷启动并进入预热阶段，当制氢设备功率升高到Pcold时，启动下一台风机；类似地，随着Pmax逐渐增大，随即冷启动第[Pmax/Pcold](就近取整)台制氢设备；制氢设备冷启动功率爬升阶段，电化学储能补偿风电场与制氢设备之间的功率偏差；

步骤四，当全部M台制氢设备冷启动且电功率达到Pcold时，风机继续逐台启动，微网控制器控制风电场总输出不超过全部制氢冷启动总功率，部分或全部风机通过转速控制或桨距角控制进入限功率模式；

步骤五，冷启动达到设定时间，达到产氢条件时，启动电解水制氢设备，开始制取氢气；

步骤六：风机逐渐退出限功率模式，按照与制氢系统升功率速率相当的速率，提升风电场输出功率，实现与制氢功率的匹配，直至全部风电机组达到MPPT状态，或者制氢电解槽全部处于最大功率状态；

步骤七：系统进入正常运行模式，微网控制器根据风电场输出总功率测量值动态分配并更新制氢设备功率目标值，实现动态跟踪；由于风电极端升功率速率高于制氢系统，所以当风电功率骤增时，采取限制风电功率升速的方式，实现二者的耦合。

2.根据权利要求1所述的交流耦合的离网风电制氢系统控制方法，其特征在于，所述步骤七动态跟踪采用源荷互动交叉启动的方式，控制系统采集电源、负荷实时数据，动态判断并决策每台设备启动时机、控制方式，当Pmax逐渐增大时，随即冷启动第[Pmax/Pcold](就近取整)台制氢设备。启动过程中，储能系统瞬时充、放电功率不超过单台风电机组额定功率Pn与Pcold中的最大值，即系统对储能额定功率的最低要求。

3.根据权利要求2所述的交流耦合的离网风电制氢系统控制方法，其特征在于，更优地，额外配置部分电化学储能，在运行过程中，PCS按照控制方式被分为两组：其中任意一组PCS总功率大小至少为Pn与Pcold中的最大值。第一组PCS采用下垂控制方式，用于建立微电网的系统电压及频率，即作为系统的电压源；另一组PCS采用PQ控制策略，用于平抑风电场出力的高频波动，并更精准地填补由风电出力随机性引起的功率差额，即作为系统的电流源。