一种高稳定性的交流离网型风光制氢系统和方法与流程

本发明属于制氢，尤其涉及一种高稳定性的交流离网型风光制氢系统和方法。

背景技术：

1、离网型风光制氢是一种基于风能以及太阳能的氢气生产方法。它结合了风力发电、光伏发电和水电解技术，将风能和光能转化为电能，并使用可再生能源所发的电能进行水电解，产生的氢气可作为清洁能源的储存和利用。

2、离网指不依赖电网独立运行的系统，是包含电源和负荷的、孤立的有源电网。离网型风光制氢系统的电源完全来自于可再生能源，而这些能源的可用性可能受到天气、季节和其他因素的影响，并且系统不与电网连接，发电单元不具备电压支撑能力。可再生能源的波动性和间歇性除了导致能源供应的不稳定性，还会导致整个离网型电力系统的不稳定。由于制备绿氢所需的电量非常大，目前的制氢项目中风、光装机已经达到了几百兆瓦、几吉瓦级，在这种情况下仅由风力发电、光伏发电、输电线路、制氢负荷所构成的交流电网很难正常运行。同时，离网型风光制氢系统，系统内电源全部为新能源电力，存在新能源多场站短路比过低的情况，会造成交流系统电压支撑能力不足，稳定性较差，对电压波动异常敏感，抗系统故障扰动冲击能力差。

3、因此，交流离网型风光发电制氢系统现有技术存在稳定性差，容错性低，以及控制指令下发的时间间隔短的缺点。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种高稳定性的交流离网型风光制氢系统和方法。

2、依据本发明技术方案的第一方面，提供一种高稳定性的交流离网型风光制氢系统，包括风光升压单元和制氢降压单元，其特征在于，所述风光升压单元包括发电模块、构网型储能装置、升压变模块和调相机模块；

3、所述发电模块输出端连接至升压变模块，用于提供系统所需的电能并将电力升压至第一电压等级；

4、所述构网型储能装置输出端连接至升压变模块，用于动态调节风光升压单元波动时的有功功率；

5、所述升压变模块输出端连接至制氢降压单元，用于将电力所述第一电压等级提升至第二电压等级；

6、所述调相机模块作为并联电感支路接入所述风光升压单元，用于增加风光升压单元的短路容量，根据所述系统需要自动调节无功功率；

7、所述制氢降压单元输入端与升压变模块的输出端连接，作为所述系统的负载，消耗发电模块产生的电力以制取氢气。

8、进一步地，所述发电模块包括至少一个风力发电机组、至少一个光伏发电单元和对应数量的箱变，所述风力发电机组和光伏发电单元与对应的一个箱变连接后各自并联输出；

9、所述风光升压单元包括至少一个构网型储能装置；

10、所述升压变模块包括至少3个以上的升压变，分别与所述风力发电机组、光伏发电单元和构网型储能装置连接；

11、所述调相机模块为集中式调相机模块，所述集中式调相机模块经调相机升压变升压至第二电压等级用于集中调节无功功率。

12、进一步地，所述发电模块包括至少一个风力发电机组、至少一个光伏发电单元和对应数量的箱变，所述风力发电机组和光伏发电单元与对应的一个箱变连接后各自并联输出；

13、所述风光升压单元包括至少2个构网型储能装置；

14、所述升压变模块包括第一升压变、第二升压变，分别与所述风力发电机组、光伏发电单元连接；

15、所述调相机模块为至少包括2个分布式调相机模块，所述分布式调相机模块、构网型储能装置，与风力发电机组和光伏发电单元分别并联后连接至至少2个升压变，用于分别调节所述风力发电机组和光伏发电单元的无功功率。

16、进一步地，所述系统包括至少一个制氢降压单元，所述制氢降压单元包括降压变模块、整流变、整流器和电解槽；

17、所述降压变模块输出端与至少一个整流变连接，用于将电力所述第二电压等级降至第三电压等级；

18、所述整流变输出端与整流器连接，用于将电力所述第三电压等级降至第四电压等级；

19、所述整流器输出端与电解槽连接，用于将交流电转换为直流电；

20、所述电解槽输入端与整流器连接，作为所述系统的负载制取氢气。

21、进一步地，所述制氢降压单元中包括另一构网型储能装置，所述构网型储能装置输入端与降压变模块的输出端连接，用于控制制氢降压单元电力的存储和释放。

22、进一步地，所述升压变模块包括配电装置，所述配电装置的第二电压等级为110kv、220kv或500kv。

23、依据本发明技术方案的第二方面，提供一种高稳定性的交流离网型风光制氢方法，所述方法包括以下步骤：

24、s1：由发电模块将可再生能源转化为电能，并将产生的电力升压至第一电压等级，将所述第一电压等级的电力经过升压变模块升高至第二电压等级；

25、s2：通过构网型储能装置动态调节所述发电模块系统波动时的有功功率；

26、s3：将调相机模块由定子绕组接入所述系统，当电压下降时，增加无功输出，当电压上升时，吸收无功功率；

27、s4：将第二等级电压输送至制氢降压单元，制取氢气。

28、8.一种高稳定性的交流离网型风光制氢方法，其特征在于，所述s3是将所述调相机模块与所述升压变模块并联，集中调节所述系统的无功功率。

29、9.一种高稳定性的交流离网型风光制氢方法，其特征在于，所述s3是将所述调相机模块与所述发电模块并联后输出至同一个升压变模块，用于分别调节所述发电模块的无功功率。

30、10.一种高稳定性的交流离网型风光制氢方法，其特征在于，所述s4中制取氢气包括s5：在所述制氢降压单元中，降压变模块将电力所述第二电压等级降至第三电压等级并输出至整流变，所述整流变将电力所述第三电压等级降至第四电压等级并输出至整流器，所述整流器将交流电转换为直流电输出至电解槽，所述电解槽作为所述系统的负载制取氢气。

31、与相关技术相比较，本发明具有如下有益效果：

32、本发明通过在系统中接入调相机模块，增加短路电流，继而增加短路容量，使弱电网的短路比至机端大于1.5，避免或者大幅度降低风光储以及制氢负荷为主的这种高比例电力电子装备电力系统容易发生宽频谐振等风险。在电网故障期瞬间还可通过强励提供更大的，即使调相机不进行主动励磁调节，也可以基于定转子电枢反应中，磁链守恒的原理，提供额外的无功功率和电流进而增加短路容量。其中，该调相机是一种特殊运行状态下的同步电机，可根据系统的需要自动地在电网电压下降时增加无功输出，调相机的励磁电流相位滞后于电网电压一定角度，产生一个超前电网电压一定角度的磁场，驱动转子旋转并产生感应电势，该感应电势与电网电压相位相反，向系统注入无功功率。相反，当系统需要从其吸收无功功率时，励磁电流相位超前电网电压一定角度，产生一个滞后电网电压一定角度的磁场，感应电势与电网电压相位相同，从系统吸收无功功率，以维持电压，为离网型系统提高必要的惯量，短路容量支撑和无功支撑，从而提高离网型系统的稳定性。同时，在系统中接入构网型储能装置以在电源系统产生快速和剧烈波动时快速提供或吸收有功功率，增加控制系统的容错率，增大控制指令的间隔。