【CN109755965A】风光发电和制氢储氢系统及其运行控制方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910213097.7

(22)申请日 2019.03.20

(71)申请人 河北科技大学

地址 050018 河北省石家庄市裕华东路70

号

(72)发明人 李争　张丽平　孙鹤旭　董维超　

赵宇洋　

(74)专利代理机构 石家庄国为知识产权事务所

13120

代理人 张二群

(51)Int.Cl.

H02J 3/38(2006.01)

H02J 7/34(2006.01)

(54)发明名称

风光发电和制氢储氢系统及其运行控制方

法

(57)摘要

本发明为风光发电和制氢储氢系统及其运

行控制方法，涉及新能源风光发电制氢技术领

域。其风电场风机侧的整流器与网侧逆变器连

接；直流母线上接有DC/DC的超级电容器，超级电

容器后面连接制氢、储氢系统；光伏系统通过DC/

DC与超级电容器前面的直流母线连接，作为风电

场的功率补偿单元，还包括功率协调控制模块和

监测模块主要解决风光发电和制氢储氢系统调

峰能力差、制氢不平滑、设备寿命短等问题。具有

系统调峰能力强、能满足负荷晚高峰的要求、能

保证制氢平滑、延长设备寿命、并在保证制氢纯

度的前提下能柔性并网、

能源利用率高的特点。权利要求书4页 说明书10页 附图4页CN 109755965 A 2019.05.14

C N 109755965

A

权　利　要　求　书1/4页CN 109755965 A

1.一种风光发电和制氢储氢系统，其特征在于包括：风电场风机侧的AC/DC整流器与网侧DC/AC逆变器连接，网侧DC/AC逆变器另一端与电网交流母线上的变压器连接；直流母线上接有DC/DC的超级电容器，超级电容器后面连接制氢、储氢系统；光伏系统通过DC/DC与超级电容器前面的直流母线连接，作为风电场的功率补偿单元；还包括功率协调控制模块和监测模块，监测模块和功率协调控制模块相连；超级电容器配合功率协调控制模块使制氢系统工作于恒功率状态，使风电场柔性并网。

2.如权利要求1所述的风光发电和制氢储氢系统，其特征在于：制氢、储氢系统包括固体氧化物电解槽和氢-空气燃料电池，固体氧化物电解槽输入端与氢-空气燃料电池输出端均通过多端口DC/DC变换器与超级电容器后面的直流母线相连；固体氧化物电解槽输出端通过储氧装置和内燃机与储能装置相连，储能装置通过DC/DC与固体氧化物电解槽输入端相连；固体氧化物电解槽输出端通过储氢装置和氢-空气燃料电池输入端相连；氢-空气燃料电池和内燃机产生的热能用于固体氧化物电解槽发生化学反应；制氢储氢系统以氢能为基础，吸收和补偿系统功率，保证并网点功率平滑，储能装置作为系统备用电源。

3.如权利要求2所述的风光发电和制氢储氢系统，其特征在于：光伏系统DC/DC输出端与超级电容器前面的直流母线之间的线路上设置高压电器开关。

4.如权利要求3所述的风光发电和制氢储氢系统，其特征在于：还设有冷热系统，光伏系统的DC/DC输出端与冷热系统之间通过高压电器开关连接；在制氢储氢系统能够满足系统需求的时候，光伏系统连接用户，给用户进行制冷和供暖；当制氢储氢系统不能够平衡系统功率的时候，光伏系统或/和冷热系统一起接入风电系统，解决制氢储氢系统极限问题；蓄热罐和闭式水蓄冷罐满足用户冷热需求，与氢-空气燃料电池一起为固体氧化物电解槽提供热能，为内燃机提供制冷；冷热系统作为风电场的功率消耗单元；内燃机产生的热能用于固体氧化物电解槽发生化学反应。

5.根据权利要求1所述的风光发电和制氢储氢系统的运行控制方法，其特征在于包括以下步骤：首先监测系统需要与功率协调控制和监测模块建立通讯，获取所述风光发电和制氢储氢系统的各种监测数据；通过对所获监测数据的分析，对比风电场功率和电网所需功率，根据两者差值对各系统的运行功率进行分配，同时将分配数据和运行状态反馈给功率协调控制和监测模块；制氢系统接收到功率信号之后将多余风能转换成氢能储存；当系统存在缺额功率，燃料电池消耗氢气进行补偿，超级电容器吸收系统高频功率并补偿制氢系统与其额定功率的差值，系统达到平衡时，柔性并网。

6.根据权利要求5所述的风光发电和制氢储氢系统的运行控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、建立各个变流器的控制器与功率协调控制模块和监测模块的低带宽通讯：各个变流器的控制器采用自适应PI控制器，采集各监测系统的监测数据，监测数据包括以下其中的若干种或全部：风电场功率，上级电网调度功率，冷热系统的功率，用户功率，光伏系统功率，固体氧化物电解槽组/氢燃料电池组的整体功率，储氧/氢罐压力，储能装置的功率和荷电状态SOC，超级电容器的电压和功率；以上各监测数据均与ARM处理器的输入接口依次相连，并确定各部分功率参考值的输出端口；

B、经处理器ARM的数据采集，判断，计算目前工作状态的设备功率与上级电网调度指标和用户负荷的差值，该差值信号并联经过高/低通滤波器，低通滤波器的输出功率数值分配

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