制氢整流电源背靠背对拖实验方案的研究

电源与节能技术

制氢整流电源背靠背对拖实验方案的研究

王成悦，江才

（阳光氢能科技有限公司，安徽合肥

针对传统的能量消耗型制氢电源测试平台存在效率低下和成本高昂的问题，提出一种新型的制氢整流电

该方案通过两组制氢电源背靠背的方式进行带载运行，

旨在提升动态响应性能，并解决负载侧电源功率等级、工作电压和电流范围不匹配的问题。通过对单机和四单元并联整机的对拖实验验证，证实所提出实验方案的有效性和可行性，为制氢整流电源的优化设计和性能评估提供新的思路与技术支持。该研究对于提高制氢系统的整体性能和降低运行成本具有重要意义。

制氢电源；脉冲宽度调制（PWM）整流器；交错并联；对拖

Research on Back-to-back Drag Experimental Scheme for Hydrogen Production Rectifier

Power Supply

WANG Chengyue, JIANG Cai

(Sunshine Hydrogen Technology Co., Ltd., Hefei

Abstract: To address the inefficiency and high cost of the traditional energy-consuming hydrogen generation

MW以上，由多个单元并联组成，选型和设计与电源功率等级、工作电压和电流范围相匹配的并网逆变器变得十分困难。针对这些问题，文章构建一种新型的两组制氢电源背靠背对拖的实验方案，并深入分析该方案中电源

有效性和可行性。

2 基于两组制氢整流电源背靠背连接的对拖实验方案

制氢整流电源的

AC/DC单元

制氢整流电源

直流母线

并网逆变单

元

两级式并网逆变器

直流母线

功率方向

制氢电源现有对拖实验方案的结构

 2024年4月10日第41卷第7期

135 Telecom Power Technology

Apr. 10, 2024, Vol.41 No.7

王成悦，等：制氢整流电源背靠背 

对拖实验方案的研究

隔离变压器1的副边为待测制氢电源（以下简称为电源侧）交流输入，而隔离变压器2的副边为模拟负载的制氢电源（以下简称为负载侧）交流输入。

通过互连两组制氢电源的直流输出，电源侧的AC/DC 单元在整流模式下工作，DC/DC 单元在Buck 模式下工作；负载侧的AC/DC 单元在逆变模式下工 作，DC/DC 单元在Boost 模式下工作，实现能量循环流动，损耗由电网补偿。

该实验方案的优点包括以下3点：一是两组制氢电源使用相同控制器和闭环控制算法，参数调整后可获得相似控制带宽，快速响应负载变化；二是两组电源的功率级别、工作电压范围、工作电流范围及并联能力完全匹配，支持带载和老化测试，显著降低试验成本，简化测试流程；三是支持一组电源发出感性无功，另一组发出容性无功，无须消耗电网无功，完成无功功率对拖测试。

3 制氢电源对拖方案控制策略

3.1 制氢电源AC/DC 单元控制

在制氢电源系统中，AC/DC 单元通常采用三相脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ，PWM ）的整流器。为实现电流的有效解耦，确保并网电流的对称性，系统应用基于解耦双同步参考坐标系软件锁相环的控制技术[4]。在通过直流电压外环实现直流母线电压等于设定值的前提下，对三相电感电流进行正负序dq 双同步坐标系的解耦，实现有功功率和无功功率的独立控制。同时，为实现三相并网电流的对称控制，将负序的有功和无功电流控制为0。

PWM 整流器可以在4个象限内进行能量的流动控制。在制氢电源的对拖方案中，AC/DC 单元无论是整流模式还是逆变模式，其核心区别仅在于电流流向不同，控制策略都相同。

3.2 制氢电源DC/DC 单元控制

在制氢电源的对拖方案中，DC/DC 单元根据电流流向的不同，通常采用Buck 降压电路或Boost 升压电路。

3.2.1 Buck 降压电路控制

Buck 电路作为制氢整流电源装置的核心组件，其直流输出连接电解槽，并在恒压、恒流和恒功率3种模式工作，对应的输出外特性分别为直流输出电压、输出电流、输出功率。对于交错并联Buck 电路来说，其控制环路的复杂性会随着并联相数的增多而增大，控制框图如图3所示。图3中外环根据恒压、恒流和恒功率的不同工作模式，设定为直流输出电压环或电流环，起到稳定输出电压或电流的作用；内环由3个结构相同的独立电感电流环并联而成，可以实现各并联电路之间的均流[5]。

在图3所示的控制框图中，G id (s )为电流内环被控对象，G M (s )为PWM 调制环节的等效传递函数，其表达式为

G M (s )=1/M （1）式中：M 为载波幅值。

理想条件下，3个并联的电流环被控对象结构和参数完全一致，其控制器参数也完全一致。3.2.2 Boost 升压电路控制

三相交错并联Boost 电路采用与Buck 相同的双闭环控制策略，其控制框图如图4所示。电源侧的Buck 电路工作在恒压模式时，Boost 电路工作在恒流模式，外环控制对象是直流输入电流；Buck 电路工作在恒流或恒功率模式时，Boost 电路工作在恒压模式，外环控制对象是直流输入电压。3.3 制氢电源多机并联均流控制

制氢电源的AC/DC 单元和DC/DC 单元均采用基于高速通信的主从式并联均流控制，即主机运行在电压模式，执行电压外环控制，其余各台从机运行在电流模式。主机电压外环输出的电流指令通过高速通信总线发送给各台从机，主从机按照同一个电流指令执行电感电流内环控制。

4 对拖实验方案的实验验证

为验证两组制氢电源对拖实验方案的有效性，搭建两组制氢整流电源单机（电源侧和负载侧都是额

G (s )

G (s )G (s )G (s )

G (s )G (s )G (s )

G 13

(s )G (s )G (s )

G (s )

I ref

I ref1

I ref 2

I ref 3

i L1

i L2

i L3

i L

+

++++

++

-

-

-

-

电压模式：

U o_ref

电流模式：

I o_ref

功率模式U o <U max ：

I o_ref = P o_ref /U o (电流模式)

U o ＞U max ：U o_ref =U max (电压模式)

U o

1/R o

电压模式

电流模式

I o

图3 三相交错并联Buck 电路双闭环控制框图