[发明专利]一种交流耦合离网风电制氢系统控制方法

说明书

本发明提供一种交流耦合离网风电制氢系统控制方法，利用源荷互动的交叉启动方式，最大化地利用了现有储能系统容量，保证系统功能正常的同时，大大减少了离网启动阶段系统对于储能系统瞬时功率值的要求，由此减少离网风电制氢系统对于储能系统配置的要求；通过两套PCS进行电压源控制及电流源控制的轮值切换，有效保证了在构网PCS配置满足系统最小要求的前提下，仍有一部分PCS采用直接PQ控制方式，进而更加主动、快速、精准、宽范围地平抑风功率高频波动，减弱供电随机性。

技术领域

本发明涉及可再生能源电解水制氢技术领域，尤其是涉及一种交流耦合离网风电制氢系统控制方法。

背景技术

可再生能源电解水制氢技术能够将绿电转化为绿氢，是一种理想的能源转换方式。特别地，离网风电制氢技术能够有效利用偏远地区风力资源，彻底避免风电对电网的影响，且节省了输线路成本，具有重要的研究价值。然而，目前的离网风电制氢技术存在诸多问题：

(1)由于缺少主电网的支撑，离网风电制氢系统通常需要配置较大容量的电化学储能系统，用于建立微电网电压、频率，并且在启动、运行阶段对系统的功率偏差进行迅速响应、削峰填谷。然而，电化学储能系统具有极高的成本，导致系统整体经济效益降低。

(2)主流的离网风电制氢系统采用直流耦合结构，这要求对风电机组的输出侧进行全功率整流，因此通常采用成本较高的永磁式风电机组，并直接将风机全功率变流器的直流环节作为最终输出，此种结构需要对现有永磁式风电机组变流系统进行针对性改造，进一步增加成本，且改变了常规风电场的原有构架。

(3)若采用双馈式风电机组，为了实现离网状态下对机组的励磁、启动、并网，通常采用在双馈式风电机组的交直交变流器的直流环节上并联储能柜的方式，同样需要对现有风电机组变流系统进行改造，增加了成本和控制难度。

发明内容

本发明旨在解决离网风电制氢系统对储能系统配置要求过高、以及现有技术对常规风电场结构改造大、研发设计成本高等问题，本发明公开一种交流耦合的离网风电制氢系统及其控制方法，能够有效利用常规风电场原有结构，且通过本发明的控制方法，有效减少对储能系统的配置要求，降低了成本，提升了运行稳定性。

为实现上述发明目的，本发明提供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。

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。