本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种电解制氢设备并网系统。
背景技术：
目前，我国的能源利用和消费正朝向清洁环保方向发展，综合能源体系正蓬勃构筑中，亟需拓展能源的参与品类、优化能源的协同运行，形成以电能为核心的多能源共济局面。氢能日趋受到重视，电解制氢系统则是连接清洁电能和氢能的重要载体，设计合理、可靠、适应性强的整流装置，可有效促进新能源消纳。
现有电解制氢设备并网电路存在以下两方面问题：一是只能接入低压配电网，转换功率较低，不能适应大规模、大容量氢能应用的需求；二是可控性能较差，缺乏抵御新能源发电波动性带来的风险的能力，进而影响大规模电解制氢设备并网后对配电网稳定性的支撑需求。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电解制氢设备并网系统，使电解制氢设备在并网后始终在其工作电流下工作。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种电解制氢设备并网系统，其改进之处在于，所述系统包括：依次连接的ac-dc整流单元和dc-dc转换单元；
所述ac-dc整流单元，用于将配电网的交流电流转换为直流电流；
所述dc-dc转换单元，用于将所述直流电流转换为所述电解制氢设备的工作电流。
优选地，所述ac-dc整流单元，包括平衡电抗器lp、变压器t1、滤波电容cd和晶闸管vg11、vg12、vg13、vg21、vg22、vg23；
所述变压器t1的一次侧的三个初级绕组以三角形接线方式连接；
所述变压器t1的二次侧的次级绕组a1、b1和c1的同名端均与平衡电抗器lp的第一端口连接，次级绕组a1、b1和c1的异名端分别与晶闸管vg11、vg12和vg13的正极连接；
所述变压器t1的二次侧的次级绕组a2、b2和c2的异名端均与平衡电抗器lp的第二端口连接，次级绕组a2、b2和c2的同名端均与晶闸管vg21、vg22和vg23的正极连接；
所述晶闸管vg11、vg12、vg13、vg21、vg22、vg23的负极均与所述滤波电容cd的第一端口连接，所述平衡电抗器lp的抽头与所述滤波电容cd的第二端口连接。
优选地，所述dc-dc转换单元包括：移相全桥切换电路、变压器t2、倍流整流电路、滤波电容cf和控制单元；
所述移相全桥切换电路的输入端与ac-dc整流单元的输出端连接；
所述移相全桥切换电路的输出端通过变压器t2与所述倍流整流电路连接；
所述倍流整流电路的输出端与所述滤波电容cf并联；
所述控制单元，用于采用双闭环控制产生控制所述移相全桥切换电路中功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4导通或关断的触发信号。
进一步地，所述移相全桥整流电路包括第一桥臂对和第二桥臂对；
所述第一桥臂对包括功率开关器件vt1和vt3，所述功率开关器件vt1的集电极连接所述滤波电容cd的第一端口，所述功率开关器件vt3的发射极连接所述滤波电容cd的第二端口，所述功率开关器件vt1的发射极与功率开关器件vt3的集电极连接，所述功率开关器件vt1的发射极与功率开关器件vt3的集电极之间的结点依次连接谐振电容cr、谐振电感lr和变压器t2一次侧的第一端口；
所述第二桥臂对包括功率开关器件vt2和vt4，所述功率开关器件vt2的集电极连接所述滤波电容cd的第一端口，所述功率开关器件vt4的发射极连接所述滤波电容cd的第二端口，所述功率开关器件vt2的发射极与功率开关器件vt3的集电极连接；所述第二桥臂对通过所述功率开关器件vt2的发射极与功率开关器件vt3的集电极之间的结点连接所述变压器t2一次侧的第二端口；
所述功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4两端均并联一个体二极管和一个寄生电容，所述体二极管的正极连接功率开关器件发射极、体二极管的负极连接功率开关器件的集电极。
进一步地，所述倍流整流电路包括：整流二极管d1、整流二极管d2、滤波电感lf1和滤波电感lf2；
所述整流二极管d1的正极连接所述整流二极管d2的正极，所述整流二极管d1的负极连接所述变压器t2二次侧的第一端口，所述整流二极管d2的负极连接所述变压器t2二次侧的第二端口；
所述滤波电感lf1的第一端口连接所述变压器二次侧的第一端口，所述滤波电感lf2的第一端口连接所述变压器二次侧的第二端口，所述滤波电感lf1的第二端口连接所述滤波电感lf2的第二端口；
所述整流二极管d1和整流二极管d2之间的结点连接所述滤波电容cf的第一端口和所述电解制氢设备的负极，所述滤波电感lf1和滤波电感lf2之间的结点连接所述滤波电容cf的第二端口和所述电解制氢设备的正极。
进一步地，所述控制单元包括pi电压控制器、pi电流控制器、限幅器、pwm比较器和延时变换器；
将电解制氢设备的给定输出电压uref和采集到的dc-dc转换单元的输出电压u0的差值作为pi电压控制器的输入，经过pi电压控制器调节后输出变压器二次侧电感电流的给定参考值iref，；
将所述iref与采集到的滤波电感lf1的电流ilf1的平均值的差值作为pi电流控制器的输入，经过pi电流控制器调节后输出的信号依次经过限幅器、pwm比较器和延时变换器处理后，得到控制所述移相全桥切换电路中功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4导通或关断的触发信号。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的一种电解制氢设备并网系统，ac-dc整流单元将配电网的交流电流转换为直流电流，dc-dc转换单元将所述直流电流转换为所述电解制氢设备的工作电流，可以实现将电解制氢设备接入高压配电网的目的；控制dc-dc转换单元中功率开关器件的开和断，使电解制氢设备接入高压配电网时能达到正常的工作电流和电压。
附图说明
图1是本发明电解制氢设备并网系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中电解制氢设备并网系统的电路图；
图3是本发明实施例ac-dc转换单元中次级绕组交流电压波形图；
图4是本发明实施例中dc-dc转换单元中控制单元结构图；
图5是本发明实施例dc-dc转换单元中功率开关器件的触发信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种电解制氢设备并网系统，如图1所示，系统包括：依次连接的ac-dc整流单元和dc-dc转换单元；
所述ac-dc整流单元，用于将配电网的交流电流转换为直流电流；
所述dc-dc转换单元，用于将所述直流电流转换为所述电解制氢设备的工作电流。
上述并网系统中，ac-dc整流单元，包括平衡电抗器lp、变压器t1、滤波电容cd和晶闸管vg11、vg12、vg13、vg21、vg22、vg23；
所述变压器t1的一次侧的三个初级绕组以三角形接线方式连接；
所述变压器t1的二次侧的次级绕组a1、b1和c1的同名端均与平衡电抗器lp的第一端口连接，次级绕组a1、b1和c1的异名端分别与晶闸管vg11、vg12和vg13的正极连接；
所述变压器t1的二次侧的次级绕组a2、b2和c2的异名端均与平衡电抗器lp的第二端口连接，次级绕组a2、b2和c2的同名端均与晶闸管vg21、vg22和vg23的正极连接；
所述晶闸管vg11、vg12、vg13、vg21、vg22、vg23的负极均与所述滤波电容cd的第一端口连接，所述平衡电抗器lp的抽头与所述滤波电容cd的第二端口连接。
其中，ac-dc整流单元中晶闸管vg11、vg12、vg13、vg21、vg22、vg23的导通根据变压器t1二次侧次级绕组a1、b1、c1、a2、b2和c2的交流电压ua1、ub1、uc1、ua2、ub2、uc2确定。
在本发明的实施例中，ac-dc整流单元变压器t1的二次侧的次级绕组a1、b1、c1、a2、b2和c2交流电压波形图如图3所示；
则实施例中ac-dc整流单元中晶闸管vg11、vg12、vg13、vg21、vg22、vg23的导通状态如下：
(1)t0时刻开关vg11导通，t0～t1时段内，开关vg11和vg22保持导通状态；
(2)t1时刻开关vg22关断，开关vg23导通，t1～t2时段内，开关vg11和vg23保持导通；
(3)t2时刻开关vg11关断，开关vg12导通，t2～t3时刻，开关vg12和vg23保持导通；
(4)t3时刻开关vg23关断，开关vg21导通，t3～t4时刻，开关vg12和vg21保持导通；
(5)t4时刻开关vg12关断，开关vg13导通，t4～t5时刻，开关vg13和vg21保持导通；
(6)t5时刻开关vg21关断，开关vg22导通，t5～t6时段内，开关vg13和vg22保持导通；
(7)t6时刻开关vg13关断，开关vg11导通，t6～t7时段内，开关vg11和vg22保持导通，重复(1)～(6)过程。
上述并网系统中，dc-dc转换单元包括：移相全桥切换电路、变压器t2、倍流整流电路、滤波电容cf和控制单元；
所述移相全桥切换电路的输入端与ac-dc整流单元的输出端连接；
所述移相全桥切换电路的输出端通过变压器t2与所述倍流整流电路连接；
所述倍流整流电路的输出端与所述滤波电容cf并联；
控制单元，用于采用双闭环控制产生控制所述移相全桥切换电路中功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4导通或关断的触发信号。
其中，dc-dc转换单元中的移相全桥整流电路包括第一桥臂对和第二桥臂对；
所述第一桥臂对包括功率开关器件vt1和vt3，所述功率开关器件vt1的集电极连接所述滤波电容cd的第一端口，所述功率开关器件vt3的发射极连接所述滤波电容cd的第二端口，所述功率开关器件vt1的发射极与功率开关器件vt3的集电极连接，所述功率开关器件vt1的发射极与功率开关器件vt3的集电极之间的结点依次连接谐振电容cr、谐振电感lr和变压器t2一次侧的第一端口；
所述第二桥臂对包括功率开关器件vt2和vt4，所述功率开关器件vt2的集电极连接所述滤波电容cd的第一端口，所述功率开关器件vt4的发射极连接所述滤波电容cd的第二端口，所述功率开关器件vt2的发射极与功率开关器件vt3的集电极连接；所述第二桥臂对通过所述功率开关器件vt2的发射极与功率开关器件vt3的集电极之间的结点连接所述变压器t2一次侧的第二端口；
所述功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4两端均并联一个体二极管和一个寄生电容，所述体二极管的正极连接功率开关器件发射极、体二极管的负极连接功率开关器件的集电极。
dc-dc转换单元中的倍流整流电路包括：整流二极管d1、整流二极管d2、滤波电感lf1和滤波电感lf2；
所述整流二极管d1的正极连接所述整流二极管d2的正极，所述整流二极管d1的负极连接所述变压器t2二次侧的第一端口，所述整流二极管d2的负极连接所述变压器t2二次侧的第二端口；
所述滤波电感lf1的第一端口连接所述变压器二次侧的第一端口，所述滤波电感lf2的第一端口连接所述变压器二次侧的第二端口，所述滤波电感lf1的第二端口连接所述滤波电感lf2的第二端口；
所述整流二极管d1和整流二极管d2之间的结点连接所述滤波电容cf的第一端口和所述电解制氢设备的负极，所述滤波电感lf1和滤波电感lf2之间的结点连接所述滤波电容cf的第二端口和所述电解制氢设备的正极。
如图4所示的本发明实施例中dc-dc转换单元中控制单元的结构图，包括pi电压控制器、pi电流控制器、限幅器、pwm比较器和延时变换器；
将电解制氢设备的给定输出电压uref和采集到的dc-dc转换单元的输出电压u0的差值作为pi电压控制器的输入，经过pi电压控制器调节后输出变压器二次侧电感电流的给定参考值iref，；
将所述iref与采集到的滤波电感lf1的电流ilf1的平均值的差值作为pi电流控制器的输入，经过pi电流控制器调节后输出的信号依次经过限幅器、pwm比较器和延时变换器处理后，得到控制所述移相全桥切换电路中功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4导通或关断的触发信号。
其中，双闭环控制包括电流内环控制环节和电压外环控制环节；
所述电流内环控制环节采用采集到的滤波电感lf1的电流ilf1的平均值作为电流内环控制环节的负反馈；所述电压外环控制环节采用dc-dc转换单元的输出电压uo作为电压外环控制环节的负反馈。
延时变换器决定了各个功率开关器件的导通和关断顺序。
在本发明的实施例中，开关导通的设置原则如下：vt4导通时间略滞后于vt1，vt2导通时间略滞后于vt3；由于vt1和vt3位于同一桥臂对、vt2和vt4位于同一桥臂对，因此在一个导通周期内同一桥臂对内开关设置一定的死区时间；
本发明实施例的控制所述移相全桥切换电路中功率开关器件vt1、vt2、vt3和vt4导通或关断的触发信号，如图5所示，具体导通过程如下：
(1)t0～t1时段内，开关vt1、vt4导通，变压器原边经过滤波电感lr、隔直电容cb，构成回路。副边经过变压器及滤波电感lf2续流提供能量；
(2)t1时刻，开关vt1关断，由于电感的存在，电流方向不能突变，电容c1两端电压不能突变，则在t1～t2时段内，电容c1、c3与lr谐振，c1充电，c3放电，副边工作状态不变；
(3)t2时刻，c3放电完成，二极管di3由于两端电压为零，自然导通，在t2～t3时段内，由于变压器副边电流小于滤波电感lf1续流电流，因此二极管d1导通，此时，变压器原、副边电压均被钳位为零，变压器不再传递能量，lf1，lf2均处于续流状态；
(4)t3时刻，开关vt4驱动脉冲关闭，电容c4开始充电，电容c2开始放电，若轻载条件下，原边电流不能维持导通，难实现零电压开通。重载条件下，原边电流维持充放电电流，该过程较短。在t3～t4时段内，由于开关vt2驱动脉冲还未到来，因此变压器副边电压仍被钳位为零；
(5)t4时刻，c2放电完成，二极管di2由于两端电压为零，自然导通，维持电感电流流通方向，该过程持续直到t5时刻原边电流为零。在t4～t5时段内，变压器副边电压仍被钳位为零；
(6)t5时刻，开关vt2和vt3导通，原边电流开始反向增加，但不足为维持副边输出电流，此阶段副边电压仍被钳位为零，直至t6时刻，副边电流增大到足以维持负载电流，实现自然换流；
(7)t6时刻后，原边电流持续增大，电源重新向负载传递能量，副边整流二极管d2承受反压截止，电感lf1续流放电，此时开始负半周工作过程，过程与(1)～(7)正半周相似。
综上所述，本发明提供的一种电解制氢设备并网系统，ac-dc整流单元将配电网的交流电流转换为直流电流，dc-dc转换单元将所述直流电流转换为所述电解制氢设备的工作电流，可以实现将电解制氢设备接入高压配电网的目的；控制dc-dc转换单元中功率开关器件的开和断，使电解制氢设备接入高压配电网时能达到正常的工作电流和电压。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。