[发明专利]可再生能源直流离网制氢系统的稳定性控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种可再生能源直流离网制氢系统的稳定性分析方法，包括：构建可再生能源直流离网制氢系统的能量转换模型，其中包括风光储、变流器、电解槽等子系统；考虑在可再生能源波动情况下，影响制氢系统稳定性的主导因素；基于分岔理论来分析制氢系统的稳定性，追踪制氢系统稳定运行状态时的平衡解流形，获取制氢系统的传输极限曲面，进而确定制氢系统稳定运行的边界条件。本发明实施了一种可再生能源直流离网制氢系统的稳定性控制方法及装置，包括：功率控制模块、变流器控制模块和负荷控制模块；各模块包括获取单元、平衡解流形图生成单元和确定单元，其采用平衡解流形确定的虚拟惯量与阻尼系数来控制直流母线电压的稳定性。

技术领域

本发明属于新能源发电制氢与稳定性分析领域，具体涉及一种可再生能源直流离网制氢系统的稳定性控制方法和装置。

背景技术

氢是自然界中最丰富的元素，但自然氢的储量却极少。

可再生能源氢能系统包含可再生能源发电装备、电解水制氢装备、储能装备、储氢系统以及氢燃料电池等关键设备，可再生能源制氢系统根据运行模式不同可分为并网型和离网型。但是目前可再生能源直流离网制氢系统高效变流技术研究较少、挑战难度大，主要存在以下问题：(a)在建模方面，从风光可再生能源捕获到电能转变，需经具有高频变压器的电力电子变流器供电给制氢设备，以实现由电能到氢能的转变，因此构建整个制氢系统的能量传输转换模型是机理分析和拓扑构建的基础。(b)在电压变换方面，直流供电系统和制用氢设备电压等级差异极大，需要合理设计变流器拓扑和控制策略实现电压的快速变换和能量的高效转换；(c)在稳定性分析方面，由于制氢系统的非线性，在临界点附近系统的状态剧烈变化，使得线性化分析的假设往往不能成立，因此必须采用非线性动力学的方法来回答制氢系统失稳的机理。(d)在稳定控制方面，直流离网制氢系统属于典型的孤网系统，可再生能源电源、源-氢接口变流器等设备接入导致系统具有高度电力电子化特征，系统惯量大幅降低，亟需开展稳定机理分析和稳定性提升方法研究。

发明内容

本发明的目的是针对可再生能源直流离网制氢系统典型场景，提供一种基于分岔理论的稳定性分析方法，从而获取制氢系统的稳定运行的边界条件，并通过求得的平衡解流形来改变制氢系统的参数和控制方式，以保障制氢系统能够稳定可靠的运行。

具体方案如下：

构建可再生能源直流离网制氢系统的能量传输转换模型，其中包括风光储、变流器、电解槽等子系统的微分-代数方程组，其特征在于：

采用统一能路理论，对制氢各子系统进行类电路支路等效，建立制氢系统的微分-代数方程组。考虑在可再生能源波动情况下，影响整个制氢系统稳定性的主导因素，并作为系统的控制参数。其主导因素包括：

风光波动性产生的波动性功率、制氢量的变化引起的电解槽负载的变化与系统参数的设计。

基于分岔理论对直流离网制氢系统的微分状态方程组进行分析，追踪系统稳定运行状态时的平衡解流形。

根据平衡解流形得出的雅可比矩阵，确定制氢系统的静、动分岔点类型及新分支的方向。

根据静、动态分岔点确定制氢系统稳定性运行的边界条件，其中包括功率传输极限曲面和制氢系统的电压稳定域。

制氢系统的传输极限曲面，即可再生能源节点到电解槽节点的传输功率上限。

功率控制模块，对光伏发电采用最大功率点追踪(MPPT)技术，获取制氢系统的最大传输功率极限；

变换器控制模块，采用基于三重移相(TPS)调制的DAB变换器，并以电流应力和软开关为双重目标的优化控制策略，以此获取虚拟直流电机控制的虚拟惯量和阻尼系数；

负荷控制模块，确定电解槽、储能单元、燃料电池等负荷的最大运行功率。

各控制模块包括获取单元、平衡解流形图生成单元和确定单元；