水电解制氢系统及其供电控制方法与流程

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种水电解制氢系统及其供电控制方法。


背景技术：

2.在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，发展低碳、零碳排放技术成为关键路径。氢能是帮助难以电气化脱碳的化工、冶金、重型交通等领域深度脱碳的理想选择，发展基于可再生能源发电的水电解制氢技术可大规模制备绿氢，绿氢的生产和使用全过程无二氧化碳排放，是氢能助力碳中和的关键。当今主流水电解制氢技术是利用碱性电解槽和质子交换膜(protonexchange membrane，pem)电解槽电解水制氢，碱性电解槽成本低，技术成熟，但变载能力弱，难以适配可再生能源发电的电力波动，pem电解槽变载能力强，但是实现成本高，受贵金属资源的限制，未来发展规模有限。
3.本技术的发明人在研究和实践过程中发现，碱性电解槽电解水制氢是目前主流的制氢技术之一，然而碱性电解槽变载能力较弱，只适合使用稳定电源供电，现有技术中一般使用电网直接供电，碱性电解槽的供电方式单一，且电网供电主要使用火力发电，面临发电侧高碳排放的问题，适用性低。pem电解槽的设备成本高，且受贵金属铱、铂资源的限制，单一使用pem电解槽制氢的实现成本高，适用性差。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种水电解制氢系统及其供电控制方法，可提高水电解制氢系统的供电稳定性，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，系统结构简单，适用性强。
5.第一方面，本技术提供了一种水电解制氢系统，该水电解制氢系统包括至少一个供电电源、储能系统、电力变换系统、至少一个水电解槽、储氢系统和能量管理系统，供电电源和储能系统通过电力变换系统电连接水电解槽，水电解槽气连接储氢系统。能量管理系统可控制储能系统协同供电电源为电力变换系统提供目标电力输入，以保证电力变换系统获得稳定的电力输入，提高水电解制氢系统的供电稳定性。电力变换系统可基于目标电力输入变换得到目标电力输出的直流电为水电解槽供电以为水电解槽提供稳定的直流电输入，水电解槽可基于电力变换系统提供的直流电，利用水为原料电解水制氢，基于储氢系统存储水电解槽电解水制备的氢气。在本技术中，基于储能系统的电力补充可保证水电解制氢系统制备氢气的稳定产出，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，系统结构简单，适用性强。
6.结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，上述至少一个水电解槽包括碱性电解槽。这里，能量管理系统可基于碱性电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供目标电力输入。在本技术中，水电解制氢系统可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，在可再生能源发电系统发电的
电力快速变化过程中，除了可满足水电解制氢系统稳定电力需求之外，过剩或者不足的电力资源可利用储能资源的充电和放电来平衡，达到能量利用的平衡，从而可实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，水电解制氢系统基于储能系统储能或者电力补充也可以保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，可充分发挥碱性电解槽的规模化稳定制氢能力，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，可实现绿氢的大量产出，实现成本低，适用性高。
7.结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，上述至少一个水电解槽包括pem电解槽。这里，能量管理系统可在可再生能源发电系统供电的电力波动频率大于pem电解槽响应的变载波动频率时，基于pem电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供上述目标电力输入。在本技术中，水电解制氢系统可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，水电解制氢系统可充分利用pem电解槽变载能力强的特性，加上储能系统的电力补充，可更加有效地响应可再生能源发电系统的电力波动性，同时保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，系统结构简单，适用性强。
8.结合第一方面，在第三种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，上述至少一个水电解槽包括碱性电解槽和pem电解槽。能量管理系统可基于碱性电解槽的需求电力、pem电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为上述电力变换系统提供上述目标电力输入。在本技术中，水电解制氢系统中可同时配置有碱性电解槽和pem电解槽，电力变换系统基于目标电力输入变换得到的目标电力等于上述碱性电解槽的需求电力和上述pem电解槽的需求电力之和，可支持碱性电解槽和pem电解槽同时工作以制备氢气，可保证水电解制氢系统的制氢稳定性。基于可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，水电解制氢系统可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用，同时利用pem电解槽具有较好的变载能力可以满足可再生能源的低频波动性，碱性电解槽具备规模化稳定制氢能力可提高水电解制氢系统的制氢效率。碱性电解槽的变载能力较弱，主要在稳定工况运行，水电解制氢系统利用储能系统维持电力变换系统的输入电力相对平稳，同时通过多种制氢方式和储能系统的联用，可实现复合制氢系统与可再生能源的适配，操作灵活，适用性高。
9.结合第一方面至第一方面第三种可能的实现方式中任一种，在第四种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源还包括交流电网，能量管理系统用于基于电解槽和/或pem电解槽的需求电力、交流电网的供电电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制交流电网和/ 或可再生能源发电系统为上述电力变换系统供电，并控制储能系统补充上述交流电网和/ 或上述可再生能源发电系统供电的电力，以为上述电力变换系统提供上述目标电力输入。在本技术中，水电解制氢系统基于交流电网和可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用的同时，基于交流电网的电力补充可进一步保障水电解制氢系统的供电稳定性，水电解制氢系统的供电方式更灵活，实现成本低，适用性强。
10.结合第一方面至第一方面第三种可能的实现方式中任一种，在第五种可能的实施
方式中，上述电力变换系统中包括直流dc/dc变换单元，上述可再生能源发电系统和上述储能系统通过上述dc/dc变换单元电连接上述碱性电解槽和/或上述pem电解槽；其中，上述可再生能源发电系统包括光伏发电系统，上述光伏发电系统包括光伏阵列、汇流箱和/或储能单元。在本技术中，水电解制氢系统可利用的可再生能源发电系统的表现形式多样，可降低绿氢的制备成本，提高绿氢的制备效率和制备灵活性，适用性更强。
11.结合第一方面第四种可能的实现方式，在第六种可能的实施方式中，上述电力变换系统中还包括交流ac/dc变换单元和dc/dc变换单元；上述可再生能源发电系统和/或上述交流电网通过上述ac/dc变换单元电连接上述dc/dc变换单元，上述储能系统连接上述dc/dc变换单元，上述dc/dc变换单元电连接上述碱性电解槽和/或上述pem电解槽；其中，上述可再生能源发电系统包括光伏发电系统和/或风力发电系统，上述光伏发电系统包括光伏阵列和光伏逆变器，上述风力发电系统包括风力发电组件和风力变流器。在本技术中，水电解制氢系统可利用可再生能源发电系统输出的直流电，也可利用可再生能源发电系统输出的交流电，增加了可利用的可再生能源发电系统的表现形式的多样性，可提高绿氢的制备效率和制备灵活性，适用性更强。
12.结合第一方面第五种可能的实现方式或者第一方面第六种可能的实现方式，在第七种可能的实施方式中，上述水电解制氢系统中还包括燃料电池发电系统，上述燃料电池发电系统与上述储氢系统气连接；上述燃料电池发电系统用于将上述储氢系统中存储的氢气作为原料电化学反应转换为直流电，以为直流负载供电。在本技术中，水电解制氢系统制备的氢气可以直接作为原料使用也可用于电能的转换，可提高水电解制氢系统的应用场景灵活性，适用性更强。
13.结合第一方面第七种可能的实现方式，在第八种可能的实施方式中，上述水电解制氢系统中还包括dc/ac变换单元，上述燃料电池发电系统通过上述dc/ac变换单元电连接上述交流电网；上述dc/ac变换单元用于基于上述燃料电池发电系统提供的直流电变换为交流电回馈上述交流电网。在本技术中，水电解制氢系统制备的氢气可以直接作为原料使用也回馈交流电网，可支持交流电网的电力的循环利用，适用性更强。
14.第二方面，本技术提供了一种水电解制氢系统的供电控制方法，上述水电解制氢系统包括至少一个供电电源、储能系统、电力变换系统、至少一个水电解槽、储氢系统和能量管理系统，上述供电电源和上述储能系统通过上述电力变换系统电连接上述水电解槽，上述水电解槽与上述储氢系统气连接。在该方法中，能量管理系统可基于上述水电解槽的需求电力和上述供电电源的供电电力，控制上述储能系统协同上述供电电源为上述电力变换系统提供目标电力输入。能量管理系统还可控制上述电力变换系统基于上述目标电力输入变换得到目标电力输出的直流电为上述水电解槽供电，并控制上述水电解槽基于上述电力变换系统提供的上述直流电、利用水为原料电解水制氢并将上述水电解槽电解水制备的氢气存储至上述储氢系统。基于本技术提供的方法可保证氢气的稳定产出，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，系统结构简单，适用性强。
15.结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，上述至少一个水电解槽包括碱性电解槽；能量管理系统可基于上述碱性电解槽的需求电力和上述可再生能源发电系统发电的供电电力，控制上述储能系统储能或者放电以存储或者补充上述可再生能源发电系统的电力，以为上述电力变换系统提供上述目
标电力输入。基于本技术提供的方法，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，在可再生能源发电系统发电的电力快速变化过程中，除了可满足水电解制氢系统稳定电力需求之外，过剩或者不足的电力资源可利用储能资源的充电和放电来平衡，达到能量利用的平衡，从而可实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，基于储能系统储能或者电力补充也可以保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，可充分发挥碱性电解槽的规模化稳定制氢能力，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，可实现绿氢的大量产出，实现成本低，适用性高。
16.结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，上述至少一个水电解槽包括质子交换膜pem电解槽；当上述可再生能源发电系统供电的电力波动频率大于上述pem电解槽响应的变载波动频率时，上述能量管理系统可基于上述pem电解槽的需求电力和上述可再生能源发电系统的供电电力，控制上述储能系统储能或者放电以存储或者补充上述可再生能源发电系统的电力，以为上述电力变换系统提供上述目标电力输入。基于本技术提供的方法，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，可充分利用pem电解槽变载能力强的特性，加上储能系统的电力补充，可更加有效地响应可再生能源发电系统的电力波动性，同时保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，适用性强。
17.结合第二方面，在第三种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，上述至少一个水电解槽包括碱性电解槽和pem电解槽；上述能量管理系统基于碱性电解槽和/或上述pem电解槽的需求电力、上述可再生能源发电系统的供电电力，控制上述储能系统储能或者放电以存储或者补充上述可再生能源发电系统的电力，以为上述电力变换系统提供上述目标电力输入；其中，上述电力变换系统基于上述目标电力输入变换得到的目标电力等于上述碱性电解槽的需求电力和上述pem电解槽的需求电力之和。基于本技术提供的方法，可同时利用水电解制氢系统中配置的碱性电解槽和pem电解槽，可支持碱性电解槽和pem电解槽同时工作以制备氢气，可保证水电解制氢系统的制氢稳定性。基于可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用，同时利用pem电解槽具有较好的变载能力可以满足可再生能源的低频波动性，碱性电解槽具备规模化稳定制氢能力可提高水电解制氢系统的制氢效率。碱性电解槽的变载能力较弱，主要在稳定工况运行，可利用储能系统维持电力变换系统的输入电力相对平稳，同时通过多种制氢方式和储能系统的联用，可实现复合制氢系统与可再生能源的适配，操作灵活，适用性高。
18.结合第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第三种可能的实施方式中任一种，在第四种可能的实施方式中，上述至少一个供电电源还包括交流电网；上述能量管理系统还基于上述电解槽和/或上述pem电解槽的需求电力、上述交流电网的供电电力和上述可再生能源发电系统的供电电力，控制上述交流电网和/或上述可再生能源发电系统为上述电力变换系统供电，并控制上述储能系统补充上述交流电网和/或上述可再生能源发电系统供电的电力，以为上述电力变换系统提供上述目标电力输入。基于本技术提供的方法，基于交流电网和可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用的同时，基于交流电网的电力补充可进一步保障水电解制氢系统的供电稳定性，水电解制氢系
统的供电方式更灵活，实现成本低，适用性强。
19.结合第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第四种可能的实施方式中任一种，在第五种可能的实施方式中，能量管理系统还可基于上述可再生能源发电系统的历史供电数据、上述可再生能源发电系统所处环境的环境因素和/或上述可再生能源发电系统的发电设备状态，获得上述可再生能源发电系统的供电电力；其中，上述可再生能源发电系统包括光伏发电系统和/或风力发电系统，上述光伏发电系统包括光伏阵列、汇流箱和/或储能单元，上述风力发电系统包括风力发电组、风力变流器和/或储能单元。基于本技术提供的方法，可对光伏和/或风力的发电量进行预测，可提前做好供电电源、可再生能源发电系统和储能系统的电力供给与电解槽的电力需求的动态匹配，实现复合电解制氢系统的高效、智能管理，适用性强。
附图说明
20.图1是本技术实施例提供的水电解制氢系统的一系统结构示意图；
21.图2是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
22.图3是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
23.图4是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
24.图5是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
25.图6是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
26.图7是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
27.图8是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图；
28.图9是本技术实施例提供的水电解制氢系统的供电控制方法的流程示意图。
具体实施方式
29.太阳能、风能均是大自然赐予的取之不尽、用之不竭、无污染的绿色能源，换句话说，太阳能和风能是一种干净的可再生能源，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能和风能转换为电能。太阳能发电可分为光热发电和光伏发电，本技术实施例提供的可再生能源发电系统可为基于太阳能光伏发电的光伏系统(为方便描述，下面简称光伏发电系统)，也可为基于风能发电的也可为风力发电系统，具有无动部件、无噪声、无污染、可靠性高等特点，在偏远地区的通信光伏系统中有极好的应用前景。氢能是帮助难以电气化脱碳的化工、冶金、重型交通等领域深度脱碳的理想选择，发展基于可再生能源发电的水电解制氢技术可大规模制备绿氢，绿氢的生产和使用全过程无二氧化碳排放，是氢能助力碳中和的关键。储能系统是目前可再生能源发电系统必须匹配的重要组成部分，本技术实施例提供的水电解制氢系统可利用多种类型的电解槽的水电解技术混用，耦合可再生能源发电、储能系统供电和/或交流电网供电实现绿氢的大规模制备，可充分发挥各自水电解技术和储能系统的优势，实现可再生能源的最大化利用，提高绿氢的制备效率，适用性。
30.当今主流水电解制氢技术是利用碱性电解槽和pem电解槽电解水制氢，碱性电解槽电解水制氢是目前主流的制氢技术之一，因为碱性电解槽变载能力较弱，适合于使用稳定电源供电，一般使用交流电网直接供电，电网电力资源通过电力变换为直流电之后给碱性电解槽供电，碱性电解槽电解水制氢。然而，电网供电主要使用火力发电，面临发电侧高
碳排放的问题，因此大规模使用可再生能源发电制氢是发展方向，基于可再生能源发电来实现水电解制绿氢才是氢能零碳发展的方向。pem电解槽电解水制氢技术可以使用供电不稳定的可再生能源发电的电力资源，pem电解槽可以实现快速变载，然而使用pem电解槽电解水制氢的突出问题是成本高，且受贵金属铱、铂资源限制，适用性差。此外，过高频率的变载，pem电解槽也难以匹配，导致水电解制氢系统无法正常工作，因此需要优化可再生能源发电和制氢用电的适配。
31.本技术实施例提供的水电解制氢系统可支持碱性电解槽和pem电解槽的联合使用，可支持交流电网、可再生能源发电系统(比如光伏发电系统和/或风力发电系统)、储能系统、碱性电解槽和/或pem电解槽等系统部件的融合，可充分发挥碱性电解槽的大规模稳定制氢的优势和pem电解槽的动态响应能力，储能系统作为高频变载调节手段，可系统性地适配可再生能源发电系统的电力资源的波动性，实现水电解制氢能力的最大化利用，降低绿氢的制备成本。换句话说，本技术实施例提供的水电解制氢系统可利用储能系统解决可再生能源发电系统供电的高频电源波动性，pem电解槽解决低频电源波动性，碱性电解槽解决稳定电源的高效利用，同时通过水电解制氢系统的能量管理系统可协调交流电网、可再生能源发电系统和储能系统的供电电力，与碱性电解槽和/或pem电解槽的需求电力，通过能量管理系统可预测可再生能源发电系统的发电曲线，调节储能和电解槽的电力需求之间的配比，可实现可再生能源发电系统的电力的最大化利用。下面将结合图1至图9对本技术实施例提供的水电解制氢系统及其供电控制方法进行示例说明。
32.参见图1，图1是本技术实施例提供的水电解制氢系统的一系统结构示意图。如图1所示，本技术实施例提供的水电解制氢系统包括至少一个供电电源(如图1所示的供电电源1 和/或供电电源2)、储能系统、电力变换系统、至少一个水电解槽、储氢系统和能量管理系统。如图1所示，供电电源和储能系统通过电力变换系统电连接水电解槽，水电解槽气连接储氢系统，能量管理系统可通过控制线路连接供电电源(如供电电源1)、电力转换系统、电解槽、储能系统和储氢系统等，这里，能量管理系统可控制储能系统协同供电电源为电力变换系统提供目标电力输入，以保证电力变换系统获得稳定的电力输入，提高水电解制氢系统的供电稳定性。电力变换系统可基于目标电力输入变换得到目标电力输出的直流电为水电解槽供电以为水电解槽提供稳定的直流电输入，水电解槽可基于电力变换系统提供的直流电，利用水为原料电解水制氢，基于储氢系统存储水电解槽电解水制备的氢气。
33.在一些可行的实施方式中，水电解储氢系统可由一个或者多个供电电源供电，供电电源提供的电力资源可通过电力变换系统变换为水电解槽所需大小的目标电力(比如水电解槽所需大小的功率等)输出，输出符合水电解槽制氢所需的目标电力输入的直流电，为水电解槽供电。水电解槽可基于电力变换系统输入的目标电力制备相应产量的氢气，从而可保障水电解制氢系统制氢的正常运行和制氢效率。水电解制氢系统利用供电电源提供的电力的同时可利用储能系统充电或者放电以存储或者补充供电电源提供的电力，保障电力变换系统的输入电力的稳定，从而可保障水电解制氢系统制氢的稳定性。可以理解，在水电解制氢系统具备多个供电电源同时供电时，可基于电位(即电压)控制多个供电电源的电力供给，多个供电电源中高电位的供电电源优先为电力变换系统供电，通过电力变换系统调节输出电压为水电解槽供电，保证水电解槽的稳定电力供给的同时可实现多个供电电源的电力的合理分配，操作灵活，适用性高。
34.在一些可行的实施方式中，在图1所示的水电解制氢系统中，水电解槽可为碱性电解槽和/或pem电解槽，碱性电解槽和/或pem电解槽利用前述电力变换系统输出的电力资源，以水为原材料，电解水制氢，水电解槽电解水制备的氢气经过纯化后可存放于储氢系统中。储氢系统中存储的氢气可以直接作为原料应用，也可以经过燃料电池发电系统转换成直流电源对外部的直流负载供电，或者经过直流(d i rect current，dc)/交流(a lternat ing current， ac)变换后回馈交流电网等，可提高水电解制氢系统的应用灵活性，适用性更强。
35.在一些可行的实施方式中，储能系统是目前可再生能源发电系统匹配的重要组成部分，通过储能系统的削峰填谷，可消纳可再生能源发电系统产生的电力的波动性，可保障水电解制氢系统的相对平稳运行。在可再生能源发电系统的发电量快速变化过程中，除了满足水电解制氢系统中水电解槽电解水的稳定电力需求之外，可再生能源发电系统产生的过剩或者不足的电力资源，通过储能系统的充电和放电来平衡，实现能量利用的平衡。基于储能系统的电力存储和补充可保证水电解制氢系统制备氢气的稳定产出，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，系统结构简单，适用性强。
36.参见图2，图2是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如图2 所示，在图1所示的水电解制氢系统中至少一个供电电源可包括可再生能源发电系统，至少一个水电解槽可包括碱性电解槽。这里，能量管理系统可基于碱性电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供目标电力输入。
37.在一些可行的实施方式中，上述可再生能源发电系统可为光伏发电系统和/或风力发电系统，可再生能源发电系统可由一个(或者多个)光伏供电单元、一个(或者多个)风电供电单元，和/或一个(或者)储能供电单元并联得到。可选的，可再生能源发电系统也可由一个或者多个光伏供电单元并联得到(比如光伏发电系统)，或者由一个或者多个风电供电单元并联得到(比如风力发电系统)，或者由一个或者多个光伏供电单元和储能供电单元并联得到 (比如光储电站)，或者由一个或者多个风电供电单元和储能供电单元并联得到(比如风储电站)，或者由一个或者多个光伏供电单元和风电供电单元并联得到(比如新能源场站)，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
38.可选的，在一些可行的实施方式中，光伏供电单元中至少包括光伏供电组件(如光伏阵列)、汇流箱、储能单元(比如储能电池)和/或功率变换设备(如光伏逆变器)，光伏逆变器可以对光伏阵列输出的直流电进行逆变转换，并将逆变转换后得到的交流电输出到电力变换系统(比如ac/dc变换单元，或者ac/dc变换单元和dc/dc变换单元)，光伏阵列输出的直流电也可以通过汇流箱和/或储能电池直接输出至电力变换系统(比如dc/dc变换单元)，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。光伏阵列可以由一个或者多个光伏组串并联组成，一个光伏组串可以由一个或者多个光伏组件串联得到。储能供电单元中至少包括储能电池和储能变流器，储能电池的输出端可以连接储能变流器的一端，储能变流器的另一端连接电力变换系统。在光伏供电单元和储能供电单元并联的供电系统中，储能变流器可以对储能电池提供的直流电进行逆变转换，并将逆变转换后得到的交流电输出到电力变换系统。电力变换系统可以对光伏逆变器提供的交流电和/或储能变流器提供的交流电进行电压变换后为水电解槽供电。
39.可选的，在一些可行的实施方式中，风电供电单元中至少包括风电发电组件(如风力发电机或者风力发电机组)和风电变流器，风电变流器可以对风力发电组件提供的交流电进行电压变换(可以是对风力发电组件提供的交流电进行整流后得到直流电，再将整流得到的直流电进行逆变转换得到电压变换后的交流电)，并将电压变换后得到的交流电输出到电力变换系统。在光伏供电单元、风电供电单元和/或储能供电单元并联的供电系统中，电力变换系统可以对光伏逆变器提供的交流电、风电变流器提供的交流电、和/或储能变流器提供的交流电进行电压变换后为水电解槽供电。
40.在一些可行的实施方式中，在图2所示的水电解制氢系统中，能量管理系统可对整个系统的所有部件进行管理，主要包括系统各部件状态监测、故障预警、故障处理、预防性维护，协调各部件的协作运行，确保系统正常运行。能量管理系统可以对可再生能源发电系统的发电量进行预测，对可再生能源发电系统、储能系统及水电解槽制氢的需求提前做好动态匹配。这里，能量管理系统提前做好动态匹配的需求是能量管理系统对可再生能源发电系统的发电量的准确预测，能量管理系统可以基于可再生能源发电系统的历史供电数据、可再生能源发电系统所处环境的环境因素(比如天气因素或者光线遮挡、风力遮挡等)和/或可再生能源发电系统的发电设备状态，通过设计一个相关的算法，能量管理系统可计算出下一个时刻可再生能源发电系统的电力供给量，水电解槽所需电力优先使用可再生能源发电系统的这一部分电力供应，利用储能系统削峰填谷来实现可再生能源发电系统、储能系统及水电解槽制氢的需求提前做好动态匹配。此外，能量管理系统可利用云状态监控和大数据挖掘一站式管理实现水电解制氢系统的高效和智能管理。可选的，能量管理系统将水电解制氢系统的各部件状态监测获得的关键参数联网上传到云端，能量管理算法在云端实现，直接回传结果，能量管理系统收到云端反馈结果，执行对应的管理策略。通过云端大数据集中处理，更适合规模化、实时的系统部件状态的监测，操作灵活，适用性高。
41.在本技术实施例中，水电解制氢系统可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，在可再生能源发电系统发电的电力快速变化过程中，除了可满足水电解制氢系统稳定电力需求之外，过剩或者不足的电力资源还可利用储能系统的充电和放电来平衡，达到能量利用的平衡，从而可实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，水电解制氢系统基于储能系统储能或者电力补充也可以保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，可充分发挥碱性电解槽的规模化稳定制氢能力，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，可实现绿氢的大量产出，实现成本低，适用性高。
42.参见图3，图3是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如图3 所示，在图1所示的水电解制氢系统中至少一个供电电源可包括可再生能源发电系统，至少一个水电解槽可包括pem电解槽。
43.在一些可行的实施方式中，pem电解槽变载能力较强，可以一定程度上响应可再生能源发电系统发电的电力波动性。其中，在可再生能源发电系统发电的低频电力资源波动时，pem电解槽具备较好的变载能力，可以适应可再生能源发电系统的低频电力资源波动。储能系统作为高频变载调节手段，可系统性地适配可再生能源发电系统的电力资源的波动性，实现水电解制氢能力的最大化利用，降低绿氢的制备成本。能量管理系统可在可再生能源发电系统供电的电力波动频率大于pem电解槽响应的变载波动频率时，基于pem 电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补
充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供上述目标电力输入。可以理解，在可再生能源发电系统供电的电力波动频率小于或者等于pem电解槽响应的变载波动频率时，基于pem电解槽自身的变载能力可适配可再生能源发电系统的电力资源的波动，可充分发挥pem电解槽的变载能力，可显著降低对储能系统的高容量的要求，适用性更强。此时，能量管理系统也可保持可再生能源发电系统的电力资源的状态检测，以在可再生能源发电系统的电力资源波动频率增大时，控制储能系统工作以调节可再生能源发电系统的电力资源的供电或者存储，可提高可再生能源发电系统的电力资源的利用率。在检测到可再生能源发电系统的电力(比如输出功率)下降且下降的持续时长大于预设时长时，能量管理系统还可控制pem电解槽调节需求电力(比如需求功率等)，可更好地适配可再生能源发电系统的电力资源的波动性，操作更灵活，结构简单，适用性高。在本技术实施例中，水电解制氢系统可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，水电解制氢系统可充分利用pem电解槽变载能力强的特性，加上储能系统的电力补充，可更加有效地响应可再生能源发电系统的电力波动性，同时保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，系统结构简单，适用性强。
44.参见图4，图4是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如图4所示，在图1所示的水电解制氢系统中至少一个供电电源包括可再生能源发电系统，至少一个水电解槽包括碱性电解槽和pem电解槽。这里，水电解制氢系统可利用储能系统解决可再生能源发电系统供电的高频电源波动性，利用pem电解槽解决低频电源波动性，利用碱性电解槽解决稳定电源的高效利用，能量管理系统可基于碱性电解槽的需求电力、pem电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为上述电力变换系统提供目标电力输入。在本技术实施例中，水电解制氢系统中可同时配置有碱性电解槽和pem电解槽，电力变换系统基于目标电力输入变换得到的目标电力等于上述碱性电解槽的需求电力和上述pem电解槽的需求电力之和，可支持碱性电解槽和pem电解槽同时工作以制备氢气，可保证水电解制氢系统的制氢稳定性。基于可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，水电解制氢系统可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用，同时利用 pem电解槽具有较好的变载能力可以满足可再生能源的低频波动性，碱性电解槽具备规模化稳定制氢能力可提高水电解制氢系统的制氢效率。碱性电解槽的变载能力较弱，主要在稳定工况运行，水电解制氢系统利用储能系统维持电力变换系统的输入电力相对平稳，同时通过多种制氢方式和储能系统的联用，可实现复合制氢系统与可再生能源的适配，操作灵活，适用性高。可以理解，在水电解制氢系统中包括碱性电解槽和pem电解槽时，当可再生能源发电系统和储能系统协同供电的同时，可再生能源发电系统和储能系统的电力供给无法满足碱性电解槽和pem电解槽的需求时，能量管理系统可利用pem电解槽的变载能力优先控制 pem电解槽停止工作或者降低电力需求，保证碱性电解槽的供电稳定，直至可再生能源发电系统和储能系统的电力供给无法满足碱性电解槽的需求、或者可再生能源发电系统和储能系统的电力供给变化的缓冲时长足以满足碱性电解槽的电力调整需求时长时，控制碱性电解槽降低电力需求或者停止工作，可保证水电解制氢系统的工作状态稳步变换，适用性更强。
45.参见图5，图5是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如
图5所示，在图1所示的水电解制氢系统中至少一个供电电源还可包括交流电网，即水电解制氢系统可包括可再生能源发电系统和交流电网，作为电力变换系统的两个供电电源，至少一个水电解槽包括碱性电解槽和pem电解槽，可实现两种制氢方式的联用。能量管理系统用于基于电解槽和/或pem电解槽的需求电力、交流电网的供电电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制交流电网和/或可再生能源发电系统为上述电力变换系统供电，并控制储能系统补充上述交流电网和/或上述可再生能源发电系统供电的电力，以为上述电力变换系统提供上述目标电力输入。
46.在一些可行的实施方式中，在水电解制氢系统具备可再生能源发电系统和交流电网这两个供电电源同时供电时，能量管理系统可基于可再生能源发电系统和交流电网的电位(即电压)控制多个可再生能源发电系统和交流电网的电力供给，可再生能源发电系统和交流电网中高电位的供电电源优先为电力变换系统供电，通过电力变换系统调节输出电压为水电解槽供电，保证水电解槽的稳定电力供给的同时可实现多个供电电源的电力的合理分配，操作灵活，适用性高。在本技术实施例中，水电解制氢系统基于交流电网和可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用的同时，基于交流电网的电力补充可进一步保障水电解制氢系统的供电稳定性，从而可保证水电解制氢系统的制氢稳定性，水电解制氢系统的供电方式更灵活，实现成本低，适用性强。
47.参见图6，图6是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如图6所示，在图1所示的水电解制氢系统中至少一个供电电源为可再生能源发电系统，电力变换系统中可包括dc/dc变换单元，上述可再生能源发电系统和储能系统通过上述dc/dc变换单元电连接上述碱性电解槽和/或上述pem电解槽。其中，上述可再生能源发电系统包括光伏发电系统，上述光伏发电系统包括光伏阵列、汇流箱和/或储能单元，光伏发电系统可向 dc/dc变换单元输出直流电。dc/dc变换单元可以对光伏发电系统和储能系统提供的直流电进行电压变换后为水电解槽供电。在光伏发电系统和/或储能发电系统并联的供电系统中， dc/dc变换单元可以对上述储能系统、光伏发电系统和/或储能发电系统提供的直流电进行电压变换后为水电解槽供电。在本技术实施例中，水电解制氢系统可利用的可再生能源发电系统的表现形式多样，可降低绿氢的制备成本，提高绿氢的制备效率和制备灵活性，适用性更强。
48.参见图7，图7是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如图7所示，在图1所示的水电解制氢系统中，上述电力变换系统中还可包括交流ac/dc变换单元和 dc/dc变换单元，供电电源为可再生能源发电系统和/或交流电网，可再生能源发电系统和/或交流电网通过ac/dc变换单元电连接上述dc/dc变换单元，储能系统连接上述dc/dc 变换单元，上述dc/dc变换单元电连接碱性电解槽和/或pem电解槽。其中，上述可再生能源发电系统包括光伏发电系统和/或风力发电系统，上述光伏发电系统包括光伏阵列和光伏逆变器，上述风力发电系统包括风力发电组件和风力变流器。
49.在一些可行的实施方式中，ac/dc变换单元可以对交流电网、光伏逆变器提供的交流电和/或储能变流器提供的交流电进行电压变换后为dc/dc变换单元供电，dc/dc变换单元可对 ac/dc和储能系统提供的直流电进行电压变换为水电解槽所需的电力电压为水电解槽供电。可选的，ac/dc变换单元可以对交流电网、光伏逆变器提供的交流电和/或储能变
流器提供的交流电进行电压变换得到水电解槽所需的电力电压后直接为水电解槽供电，具体可根据实际应用场景和交流电网、光伏逆变器提供的交流电和/或储能变流器提供的交流电的电力，以及水电解槽的电力需求确定，在此不做限制。在光伏发电系统、风力发电系统和/或储能供电单元并联的供电系统中，电力变换系统可以对光伏逆变器提供的交流电、风电变流器提供的交流电、和/或储能变流器提供的交流电进行电压变换后为dc/dc变换单元供电或者直接为水电解槽供电。可以理解，当可再生能源发电系统为由光伏阵列、汇流箱和/或储能单元组成的光伏发电系统时，可再生能源发电系统可直接输出直流电，此时，可再生能源发电系统可直接通过dc/dc变换单元电连接碱性电解槽和/或pem电解槽。可再生能源发电系统可向dc/dc变换单元输出直流电，dc/dc变换单元可以对光伏发电系统和储能系统提供的直流电进行电压变换后为水电解槽供电。在光伏发电系统和/或储能发电系统并联的可再生能源发电系统中，dc/dc变换单元可以对储能系统、光伏发电系统和/或储能发电系统提供的直流电进行电压变换后为水电解槽供电。在本技术实施例中，水电解制氢系统可利用可再生能源发电系统输出的直流电，也可利用可再生能源发电系统输出的交流电，增加了可利用的可再生能源发电系统的表现形式的多样性，可提高绿氢的制备效率和制备灵活性，适用性更强。
50.参见图8，图8是本技术实施例提供的水电解制氢系统的另一系统结构示意图。如图8所示，水电解制氢系统中还可包括燃料电池发电系统，上述燃料电池发电系统与上述储氢系统气连接。上述燃料电池发电系统可将上述储氢系统中存储的氢气作为原料电化学反应转换为直流电，以为直流负载(图中未示出)供电。
51.在一些可行的实施方式中，水电解制氢系统制备的氢气可以直接作为原料使用也可用于电能的转换，可提高水电解制氢系统的应用场景灵活性，适用性更强。如图8所示，上述水电解制氢系统中还可包括dc/ac变换单元，上述燃料电池发电系统通过上述dc/ac 变换单元电连接上述交流电网。dc/ac变换单元可基于上述燃料电池发电系统提供的直流电变换为交流电回馈交流电网。
52.在本技术实施例中，水电解制氢系统制备的氢气可以直接作为原料使用，也可转换为直流电之后为直流负载供电，还可转换为交流电回馈交流电网，可支持交流电网的电力的循环利用，适用性更强。
53.参见图9，图9是本技术实施例提供的水电解制氢系统的供电控制方法的流程示意图。上述水电解制氢系统的供电控制方法(为方便描述，下面简称本技术实施例提供的方法，或者方法)可适用于如图1至图8所示的任意一个系统结构提供的水电解制氢系统，在此不再对水电解制氢系统的系统结构进行赘述。本技术实施例提供的方法可由上述水电解制氢系统的能量管理系统执行，也可由能量管理系统协同其他系统部件共同实现，在此不做限制。为方便描述，下面将以能量管理系统为执行主体进行示例说明。如图9所示，在本技术实施例提供的方法中至少包括步骤s901和步骤s902：
54.s901，能量管理系统基于水电解槽的需求电力和供电电源的供电电力，控制储能系统协同供电电源为电力变换系统提供目标电力输入。
55.s901，能量管理系统控制电力变换系统基于目标电力输入变换得到目标电力输出的直流电为水电解槽供电，并控制水电解槽基于电力变换系统提供的直流电、利用水为原料电解水制氢并将水电解槽电解水制备的氢气存储至上述储氢系统。
56.在一些可行的实施方式中，能量管理系统可基于水电解槽的需求电力和供电电源的供电电力，控制储能系统协同供电电源为电力变换系统提供目标电力输入，可保证电力变换系统获得稳定的电力输入，提高水电解制氢系统的供电稳定性。能量管理系统还可控制电力变换系统基于目标电力输入变换得到目标电力输出的直流电为水电解槽供电，并控制水电解槽基于电力变换系统提供的直流电、利用水为原料电解水制氢并将上述水电解槽电解水制备的氢气存储至上述储氢系统。可选的，水电解储氢系统可由一个或者多个供电电源供电，能量管理系统可控制供电电源为电力变换系统提供的电力资源，并控制电力变换系统将供电电源提供的电力系统变换为水电解槽所需大小的目标电力(比如水电解槽所需大小的功率等)输出，输出符合水电解槽制氢所需的目标电力输入的直流电，为水电解槽供电。能量管理系统可控制水电解槽可基于电力变换系统输入的目标电力制备相应产量的氢气，从而可保障水电解制氢系统制氢的正常运行和制氢效率。能量管理系统控制供电电源供电的同时可控制储能系统充电或者放电以存储或者补充供电电源提供的电力，保障电力变换系统的输入电力的稳定，从而可保障水电解制氢系统制氢的稳定性。可以理解，在水电解制氢系统具备多个供电电源同时供电时，能量管理系统可基于多个供电电源的电位(即电压)控制多个供电电源的电力供给，控制多个供电电源中高电位的供电电源优先为电力变换系统供电，并控制电力变换系统调节输出电压为水电解槽供电，保证水电解槽的稳定电力供给的同时可实现多个供电电源的电力的合理分配，操作灵活，适用性高。基于本技术实施例提供的方法可保证氢气的稳定产出，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，系统结构简单，适用性强。
57.在一些可行的实施方式中，在上述供电电源为可再生能源发电系统，水电解槽为碱性电解槽时，能量管理系统还可基于碱性电解槽的需求电力和可再生能源发电系统发电的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供目标电力输入。基于本技术实施例提供的方法，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，在可再生能源发电系统发电的电力快速变化过程中，除了可满足水电解制氢系统稳定电力需求之外，过剩或者不足的电力资源可利用储能资源的充电和放电来平衡，达到能量利用的平衡，从而可实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，基于储能系统储能或者电力补充也可以保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，可充分发挥碱性电解槽的规模化稳定制氢能力，从而可提高水电解制氢系统的制氢效率，可实现绿氢的大量产出，实现成本低，适用性高。
58.在一些可行的实施方式中，在上述供电电源为可再生能源发电系统，上述水电解槽为 pem电解槽时，能量管理系统还可在可再生能源发电系统供电的电力波动频率大于pem 电解槽响应的变载波动频率时，基于pem电解槽的需求电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供上述目标电力输入。基于能量管理系统的控制可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用。同时，基于能量管理系统的控制可充分利用pem电解槽变载能力强的特性，加上储能系统的电力补充，可更加有效地响应可再生能源发电系统的电力波动性，同时保证电力变换系统和水电解槽的供电稳定性，适用性强。
59.在一些可行的实施方式中，在上述供电电源为可再生能源发电系统，上述水电解
槽为碱性电解槽和pem电解槽时，能量管理系统可基于碱性电解槽和/或pem电解槽的需求电力、可再生能源发电系统的供电电力，控制储能系统储能或者放电以存储或者补充可再生能源发电系统的电力，以为电力变换系统提供上述目标电力输入。这里，能量管理系统还可控制电力变换系统基于目标电力输入变换得到的目标电力等于碱性电解槽的需求电力和 pem电解槽的需求电力之和。基于能量管理系统的控制可同时利用水电解制氢系统中配置的碱性电解槽和pem电解槽，可支持碱性电解槽和pem电解槽同时工作以制备氢气，可保证水电解制氢系统的制氢稳定性。基于可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用，同时利用pem电解槽具有较好的变载能力可以满足可再生能源的低频波动性，碱性电解槽具备规模化稳定制氢能力可提高水电解制氢系统的制氢效率。碱性电解槽的变载能力较弱，主要在稳定工况运行，可利用储能系统维持电力变换系统的输入电力相对平稳，同时通过多种制氢方式和储能系统的联用，可实现复合制氢系统与可再生能源的适配，操作灵活，适用性高。
60.在一些可行的实施方式中，上述供电电源还包括交流电网，能量管理系统还可基于上述电解槽和/或上述pem电解槽的需求电力、交流电网的供电电力和可再生能源发电系统的供电电力，控制交流电网和/或可再生能源发电系统为电力变换系统供电，并控制储能系统补充交流电网和/或可再生能源发电系统供电的电力，以为电力变换系统提供上述目标电力输入。基于能量管理系统的控制可实现基于交流电网和可再生能源发电系统为碱性电解槽和pem电解槽提供电力供应，可充分利用可再生能源发电系统产生的电力，实现可再生能源发电系统产生的电力的最大化利用的同时，基于交流电网的电力补充可进一步保障水电解制氢系统的供电稳定性，水电解制氢系统的供电方式更灵活，实现成本低，适用性强。
61.在一些可行的实施方式中，能量管理系统还可基于可再生能源发电系统的历史供电数据、可再生能源发电系统所处环境的环境因素和/或可再生能源发电系统的发电设备状态，获得可再生能源发电系统的供电电力。这里，上述可再生能源发电系统包括光伏发电系统和/或风力发电系统，上述光伏发电系统包括光伏阵列、汇流箱和/或储能单元，上述风力发电系统包括风力发电组、风力变流器和/或储能单元。基于能量管理系统的控制可实现对光伏和/或风力的发电量进行预测，可提前做好供电电源、可再生能源发电系统和储能系统的电力供给与电解槽的电力需求的动态匹配，实现复合电解制氢系统的高效、智能管理，适用性强。能量管理系统提前做好动态匹配的需求是能量管理系统对可再生能源发电系统的发电量的准确预测，能量管理系统可以基于可再生能源发电系统的历史供电数据、可再生能源发电系统所处环境的环境因素(比如天气因素或者光线遮挡、风力遮挡等) 和/或可再生能源发电系统的发电设备状态，通过设计一个相关的算法，能量管理系统可计算出下一个时刻可再生能源发电系统的电力供给量，水电解槽所需电力优先使用可再生能源发电系统的这一部分电力供应，利用储能系统削峰填谷来实现可再生能源发电系统、储能系统及水电解槽制氢的需求提前做好动态匹配。此外，能量管理系统可利用云状态监控和大数据挖掘一站式管理实现水电解制氢系统的高效和智能管理。可选的，能量管理系统将水电解制氢系统的各部件状态监测获得的关键参数联网上传到云端，能量管理算法在云端实现，直接回传结果，能量管理系统收到云端反馈结果，执行对应的管理策略。通过云端大数
据集中处理，更适合规模化、实时的系统部件状态的监测，操作灵活，适用性高。
62.可以理解，在本技术实施例中，能量管理系统可对整个系统的所有部件进行管理，主要包括系统各部件状态监测、故障预警、故障处理、预防性维护，协调各部件的协作运行，确保系统正常运行。能量管理系统可以对可再生能源发电系统的发电量进行预测，对可再生能源发电系统、储能系统及水电解槽制氢的需求提前做好动态匹配。其中，能量管理系统对于水电解制氢系统中各个系统部件的能量管理和供电控制可参见上述图1至图8所示的各个系统架构中相应的描述，这里不再赘述。
63.在本技术实施例提供的方法中，基于能量管理系统的能量管理和供电控制，可使得水电解制氢系统支持碱性电解槽和pem电解槽的联合使用，可支持交流电网、可再生能源发电系统(比如光伏发电系统和/或风力发电系统)、储能系统、碱性电解槽和/或pem电解槽等系统部件的融合，可充分发挥碱性电解槽的大规模稳定制氢的优势和pem电解槽的动态响应能力，储能系统作为高频变载调节手段，可系统性地适配可再生能源发电系统的电力资源的波动性，实现水电解制氢能力的最大化利用，降低绿氢的制备成本。换句话说，本技术实施例提供的方法，可利用储能系统解决水电解制氢系统中可再生能源发电系统供电的高频电源波动性，利用pem电解槽解决低频电源波动性，利用碱性电解槽解决稳定电源的高效利用，同时通过水电解制氢系统的能量管理系统可协调交流电网、可再生能源发电系统和储能系统的供电电力，与碱性电解槽和/或pem电解槽的需求电力，通过能量管理系统可预测可再生能源发电系统的发电曲线，调节储能和电解槽的电力需求之间的配比，可实现可再生能源发电系统的电力的最大化利用。同时，可利用多种类型的电解槽的水电解技术混用，耦合可再生能源发电、储能系统供电和/或交流电网供电实现绿氢的大规模制备，可充分发挥各自水电解技术和储能系统的优势，实现可再生能源的最大化利用，提高绿氢的制备效率，适用性。