一种就地制氢系统及其控制方法与流程

本发明涉及能源供给电路，尤其涉及一种就地制氢系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出，氢能产业即将迎来新的增长点，尤其是与新能源产业结合，可以形成良性循环，降低成本，进而促进新的市场需求。随着制氢装备如电解器等所需功率越来越大，制氢电源的电路拓扑结构也需要增大功率能力。

2、传统的制氢电源的网侧功率因数较低、谐波含量较高，同时需要从电源转换至交流传输至电网后，再由电网进行交直流转换，且新能源功能存在波动，能源损耗率较高且无法稳定供能。

技术实现思路

1、本发明提供了一种就地制氢系统及其控制方法，解决了传统的制氢电源的网侧功率因数较低、谐波含量较高，同时需要从电源转换至交流传输至电网后，再由电网进行交直流转换，且新能源功能存在波动，能源损耗率较高且无法稳定供能的技术问题。

2、本发明提供的一种就地制氢系统，包括变压器、交直流转换单元、电解槽负载和就地发电单元；

3、所述变压器电连接在电网与所述交直流转换单元之间，用于对接收到的电能信号进行降压；

4、所述交直流转换单元的一端与所述电解槽负载电连接，用于将所述变压器降压输出的交流电信号转换为第一直流电信号并输出至所述电解槽负载；

5、所述就地发电单元的输入端电连接至新能源发电单元，用于对所述新能源发电单元提供的直流电信号进行转换后，生成第二直流电信号并沿直流母线输出至所述电解槽负载；

6、所述电解槽负载的两侧分别电连接所述交直流转换单元的另一端和所述就地发电单元的输出端，用于根据所述第一直流电信号和所述第二直流电信号进行电解，生成氢气。

7、可选地，所述交直流转换单元包括多个电流源型的交直流变换器；

8、所述交直流变换器包括两个桥臂整流组和并联的第一二极管；

9、所述桥臂整流组包括与各线分别串联的第一开关管和第二开关管，以及输出电感；

10、所述第一开关管内的并联的第二二极管和开关器件与所述第二开关管内的并联的第二二极管和开关器件呈中心对称设置。

11、可选地，所述交直流转换单元，还用于当所述第二直流电信号处于预设的信号范围时，将所述第一直流电信号转换为反馈交流信号并反馈至所述变压器；

12、所述变压器，还用于对所述反馈交流信号进行升压后反馈至所述电网。

13、可选地，所述就地发电单元包括并联在直流母线的多个直流变换器；

14、各所述直流变换器分别连接至所述新能源发电单元；

15、所述直流变换器通过mppt控制策略进行控制。

16、可选地，所述交流电信号为三相三线电信号。

17、本发明还提供了一种就地制氢系统的控制方法，应用于上述任一项所述的就地制氢系统，所述方法包括：

18、当接收到变压器输出的交流电信号时，通过锁相环检测对应的变换相位，并结合所述变换相位对所述交流电信号进行dq变换，确定转换电流；

19、根据交直流转换单元输出的第一直流电信号、电解槽负载的理想直流电流和就地发电单元输出的第二直流电信号，生成外环参考电流；

20、根据所述转换电流、所述外环参考电流和所述变换相位，生成调制信号；

21、根据所述调制信号、所述第一直流电信号和所述交直流转换单元内各交直流变换器对应的直流侧电流，生成分别对应的开关管脉冲波。

22、可选地，所述锁相环包括第一pi控制器和第一积分环节，所述交流电信号包括交流电压和交流电流，所述转换电流包括d轴电流和q轴电流；所述当接收到变压器输出的交流电信号时，通过锁相环检测对应的变换相位，并结合所述变换相位对所述交流电信号进行dq变换，确定转换电流的步骤，包括：

23、当接收到变压器输出的交流电信号时，通过第一pi控制器对所述交流电压进行实时偏差调节，生成第一控制信号；

24、通过第一积分环节对所述第一控制信号进行积分，生成所述交流电信号对应的变换相位；

25、根据所述变换相位对所述交流电流进行dq变换，生成d轴对应的d轴电流和q轴对应的q轴电流。

26、可选地，所述根据交直流转换单元输出的第一直流电信号、电解槽负载的理想直流电流和就地发电单元输出的第二直流电信号，生成外环参考电流的步骤，包括：

27、实时计算电解槽负载的理想直流电流和就地发电单元输出的第二直流电信号之间的差值，得到直流参考值；

28、比较所述直流参考值与交直流转换单元输出的第一直流电信号之间的偏差，得到第一偏差值；

29、当所述直流参考值为正值时，通过正比例环节对所述第一偏差值进行放大，得到第一放大信号；

30、当所述直流参考值为负值时，通过负比例环节对所述第一偏差值进行放大，得到第二放大信号；

31、通过第二pi控制器对所述第一放大信号或所述第二放大信号进行实时偏差调节，生成外环参考电流。

32、可选地，所述根据所述转换电流、所述外环参考电流和所述变换相位，生成调制信号的步骤，包括：

33、实时比较所述外环参考电流与所述d轴电流的偏差，得到第二偏差值；

34、通过第三pi控制器对所述第二偏差值进行实时偏差调节，生成d轴参考信号；

35、实时比较预设的q轴参考电流和所述q轴电流的偏差，得到第三偏差值；

36、通过第四pi控制器对所述第三偏差值进行实时偏差调节，生成q轴参考信号；

37、采用所述d轴参考信号、所述q轴参考信号结合所述变换相位进行dq逆变换，生成调制信号。

38、可选地，所述根据所述调制信号、所述第一直流电信号和所述交直流转换单元内各交直流变换器对应的直流侧电流，生成分别对应的开关管脉冲波的步骤，包括：

39、通过第二积分环节对所述第一直流电信号进行积分，生成积分电信号；

40、实时比较所述积分电信号和所述交直流转换单元内各交直流变换器对应的直流侧电流之间的偏差，分别得到第四偏差值；

41、通过第五pi控制器对各所述第四偏差值进行实时偏差调节，分别生成对应的中间信号；

42、叠加各所述中间信号和所述调制信号，分别生成各个所述交直流变换器对应的中间调制波；

43、对所述中间调制波进行调制，生成初始脉冲波；

44、将所述初始脉冲波叠加至移相载波，生成各个所述交直流变换器分别对应的开关管脉冲波。

45、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

46、本发明提供了一种就地制氢系统，包括变压器、交直流转换单元、电解槽负载和就地发电单元；变压器电连接在电网与交直流转换单元之间，用于对接收到的电能信号进行降压；交直流转换单元的一端与电解槽负载电连接，用于将变压器降压输出的交流电信号转换为第一直流电信号并输出至电解槽负载；就地发电单元的输入端电连接至新能源发电单元，用于对新能源发电单元提供的直流电信号进行转换后，生成第二直流电信号并沿直流母线输出至电解槽负载；电解槽负载的两侧分别电连接交直流转换单元的另一端和就地发电单元的输出端，用于根据第一直流电信号和第二直流电信号进行电解，生成氢气。从而通过将就地发电单元接入直流母线提供主要电能，使得电解槽负载对电网的交直流转换单元的输出电能依赖降低，从而通过将就地发电单元接入直流母线提供主要电能，更为节能，同时交直流转换单元与电网双向连接，在实时对就地发电单元的波动进行电能补偿的同时，将余电回馈电网。

47、此外，本发明还提供了一种就地制氢系统的控制方法，当接收到变压器输出的交流电信号时，通过锁相环检测对应的变换相位，并结合变换相位对交流电信号进行dq变换，确定转换电流；根据交直流转换单元输出的第一直流电信号、电解槽负载的理想直流电流和就地发电单元输出的第二直流电信号，生成外环参考电流；根据转换电流、外环参考电流和变换相位，生成调制信号；根据调制信号、第一直流电信号和交直流转换单元内各交直流变换器对应的直流侧电流，生成分别对应的开关管脉冲波。从而通过开关管脉冲波对各个交直流变换器内的开关管进行实时控制，从而实现交直流变换器对电解槽负载的正向电流补偿和对电网的反向电能反馈，有效实现对交直流变换器的均流控制，降低控制策略的复杂度。