基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统的制作方法

本发明涉及一种基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统。适用于电解制氢领域。

背景技术：

1、储能的应用可保证能源需求及有功功率产生之间的平衡，最大限度地减少由于可再生能源供应所造成的电网波动。相比于机械、电化学等传统储能方式，氢储能作为优质二次能源的储备方式，其具备能量密度较高、存储期限长、电能和氢能相互转化效率较高等优点。

2、碱液电解槽作为直流负载，产生的氢气为最终生成物的能源载体，氢气生成速率与供给电极的直流电流平均值成正比，电解电流纹波会造成额外的功率损耗，因此电能质量会对电解槽电解效率产生较大影响。目前，针对于中小功率电解槽而言，具备高变比特性的隔离型acdc能够提供更低的电解电流纹波，但是由于电解槽电压具备非线性的特征，这使得部分负载下电流纹波大的问题依旧没有得到有效解决。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，以减小电解电流纹波，改善电解槽部分负载下电能质量低下的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：一种基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，包括：

3、前级变换器，用于基于直流母线电压指令值输出对应的直流母线电压；

4、移相全桥变换器，其原边侧与所述前级变换器相连，其副边侧与电解槽耦合，用于基于前级变换器输出的直流母线电压为电解槽供电；

5、采样控制单元，被配置为：

6、通过调节移相全桥变换器的对角管驱动信号相位差，以使电解槽端的电解电流等于预设的电解电流指令值；

7、按预设规则减小直流母线电压指令值进行迭代，结合按预设规则增加循环功率占空比进行迭代，以使移相全桥变换器原边侧关键节点电流满足半周期内电流的对称性，同时使丢失占空比与有效占空比之和位于预设的占空比范围内。

8、所述通过调节移相全桥变换器的对角管驱动信号相位差，以使电解槽端的电解电流等于预设的电解电流指令值，包括：

9、s1、获取电解槽端的电解电流指令值、有效占空比初始值和直流母线电压初始值；

10、s2、以直流母线电压初始值为初始的直流母线电压指令值，控制前级变换器的输出电压；

11、s3、基于电解电流指令值和有效占空比初始值，确定移相全桥变换器的驱动信号，以使电解槽端的电解电流等于电解电流指令值。

12、所述按预设规则减小直流母线电压指令值进行迭代，结合按预设规则增加循环功率占空比进行迭代，以使移相全桥变换器原边侧关键节点电流满足半周期内电流的对称性，同时使丢失占空比与有效占空比之和位于预设的占空比范围内，包括：

13、s4、以当前的直流母线电压为直流母线电压指令值，并按预设规则减小，得到新的直流母线电压指令值；

14、s5、初始化循环功率占空比；

15、s6、基于循环功率占空比，结合新的直流母线电压指令值及时间域收敛条件，计算丢失占空比和移相全桥变换器原边侧关键节点电流；

16、所述时间域收敛条件，包括：

17、

18、其中，为电解槽端电压，为开关周期，n为移相全桥变换器中变压器原副边匝比，为开关管固定死区时间，为开关管寄生电容， lr为移相全桥变换器原边侧谐振电感的电感值；

19、s7、判断移相全桥变换器原边侧关键节点电流是否满足半周期内电流的对称性；

20、若判断为满足，则进入步骤s8；

21、若判断为不满足，则按预设规则增加循环功率占空比，并返回步骤s6；

22、s8、基于丢失占空比和有效占空比进行占空比校验，判断丢失占空比与有效占空比之和是否位于预设的占空比范围内；

23、若判断为位于，则向前级变换器输出当前的直流母线电压指令值；

24、若判断为不位于，则返回步骤s4。

25、所述以当前的直流母线电压为直流母线电压指令值，并按预设规则减小，得到新的直流母线电压指令值，包括：

26、将直流母线电压指令值以预设的步长a减小。

27、所述基于循环功率占空比，结合新的直流母线电压指令值及时间域收敛条件，计算丢失占空比和移相全桥变换器原边侧关键节点电流，包括：

28、移相全桥变换器原边侧电流分为t0和t1时刻之间的有效占空比阶段、t1和t2时刻时间的超前桥臂谐振阶段、t2和t3时刻之间的循环功率阶段、t3和t4时刻之间的滞后桥臂阶段，以及t4和t5之间的占空比丢失阶段；

29、设ik为tk时刻对应的电流值，k=0，1，2，3，4，5；

30、；

31、；

32、；

33、；

34、；

35、 ；

36、其中，为移相全桥变换器副边侧滤波电感的电感值；为超前桥臂谐振周期；为滞后桥臂谐振周期；为谐振周期的1/4时间，亦是滞后桥臂阶段的时间长度。

37、所述按预设规则增加循环功率占空比，包括：

38、以预设的步长b增加循环功率占空比。

39、基于电解电流纹波的计算公式通过降低直流母线电压减小，通过减少电解电流纹波提升电能质量；

40、所述电解电流纹波的计算公式为：；

41、其中，为电解电流纹波。

42、所述预设的占空比范围内为，其中取值为，取值为。

43、对于交流电网内，前级变换器为单相功率因数校正器；对于直流组网内，前级变换器为llc、tab或dab。

44、本发明的有益效果是：本发明根据电解槽负载，通过时域迭代收敛算法以自适应调节母线电压，进而减小电解电流纹波，可有效地改善了电解槽部分负载下电能质量低下的问题。

45、由于氢气生成速率与供给电极的直流电流平均值成正比，本发明通过调节移相全桥变换器的对角管驱动信号相位差，以使电解槽端的电解电流等于预设的电解电流指令值，确保氢气的生成速率。

46、本发明通过按预设规则减小直流母线电压指令值进行迭代，结合按预设规则增加循环功率占空比进行迭代，使移相全桥变换器原边侧关键节点电流满足半周期内电流的对称性，同时使丢失占空比与有效占空比之和位于预设的占空比范围内，进而实现适量降低直流母线电压，减小了电解电流纹波，改善了电解槽部分负载下电解电能质量，提升了电解槽电解效率。相比于传统的最大占空比跟踪方法，本发明中时域迭代收敛算法能够更加精准的对占空比进行调控，能够将直流母线电压控制在更加合理的范围。

技术特征：

1.一种基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，所述通过调节移相全桥变换器的对角管驱动信号相位差，以使电解槽端的电解电流等于预设的电解电流指令值，包括：

3.根据权利要求1或2所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，所述按预设规则减小直流母线电压指令值进行迭代，结合按预设规则增加循环功率占空比进行迭代，以使移相全桥变换器原边侧关键节点电流满足半周期内电流的对称性，同时使丢失占空比与有效占空比之和位于预设的占空比范围内，包括：

4.根据权利要求3所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，所述以当前的直流母线电压为直流母线电压指令值，并按预设规则减小，得到新的直流母线电压指令值，包括：

5.根据权利要求3所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，所述基于循环功率占空比，结合新的直流母线电压指令值及时间域收敛条件，计算丢失占空比和移相全桥变换器原边侧关键节点电流，包括：

6.根据权利要求3所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，所述按预设规则增加循环功率占空比，包括：

7.根据权利要求3所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，基于电解电流纹波的计算公式通过降低直流母线电压减小，通过减少电解电流纹波提升电能质量；

8.根据权利要求3所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于，所述预设的占空比范围内为，其中取值为，取值为()。

9.根据权利要求1所述的基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，其特征在于：对于交流电网内，前级变换器为单相功率因数校正器；对于直流组网内，前级变换器为llc、tab或dab。

技术总结
本发明涉及一种基于时域迭代收敛算法的电解制氢系统电能质量提升系统，包括：前级变换器；移相全桥变换器原边侧与前级变换器相连，副边侧与电解槽耦合，采样控制单元，被配置为：通过调节移相全桥变换器的对角管驱动信号相位差，以使电解槽端的电解电流等于预设的电解电流指令值；按预设规则减小直流母线电压指令值进行迭代，结合按预设规则增加循环功率占空比进行迭代，以使移相全桥变换器原边侧关键节点电流满足半周期内电流的对称性，同时使丢失占空比与有效占空比之和位于预设的占空比范围内。本发明根据电解槽负载，通过时域迭代收敛算法以自适应调节母线电压，进而减小电解电流纹波，可有效地改善了电解槽部分负载下电能质量低下的问题。

技术研发人员：卢迪,吴瑜燕,朱敬,彭勇刚,熊家,孙静
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17