CN110474371A - 一种风光氢多能源集成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种风光氢多能源集成系统，包括集成控制箱，集成控制箱内设有第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第三DC/DC转换单元、AC/DC转换单元以及DC/AC转换单元，光伏发电、风能发电、燃料电池发电、制氢能源发电分别作为输入接入，第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第三DC/DC转换单元与AC/DC转换单元的输出接口通过直流母线并联后作为DC/AC转换单元的输入，DC/AC转换单元的输出作为所述集成系统的电力输出；系统对多种能源的输入进行耦合，直流输入后，采用直流母线下垂的控制方式，再经过DC/AC逆变输出交流电，供负荷发电使用；本系统集成多种能源输入，统一管理，提高了系统的响应速度，降低了控制难度和系统成本。

Description

一种风光氢多能源集成系统
技术领域
本发明涉及能源系统技术领域，具体是一种风光氢多能源集成系统。
背景技术
现阶段，新能源系统、氢燃料电池系统和电化学储能系统均为独立的能源系统，独立的系统相互之间通过能量管理器EMS实现统一的协调控制和管理，并由此组成交流或直流微网系统。在现有的系统中，电化学储能系统，光伏系统和备用电源如柴油/燃气发电机等分别独立运行，采用并联交流的模式，系统效率低，控制难度大，响应时间慢，成本高，同时，电化学储能具有环境影响大，寿命低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风光氢多能源集成系统，该系统集成多种能源输入，并统一管理，通过对系统的优化集成，控制难度进一步减小，系统成本进一步降低，响应速度进一步提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种风光氢多能源集成系统，包括集成控制箱，集成控制箱内设有第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第三DC/DC转换单元、AC/DC转换单元以及DC/AC转换单元，第一DC/DC转换单元的输入接口作为光伏发电直流输入接口、AC/DC转换单元的输入接口作为风能发电交流输入接口、第二DC/DC转换单元的输入接口作为燃料电池发电直流输入接口、第三DC/DC转换单元的输入接口作为制氢能源发电直流输出接口；第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第三DC/DC转换单元与AC/DC转换单元的输出接口通过直流母线并联后作为DC/AC转换单元的输入，DC/AC转换单元的输出作为所述集成系统的电力输出；
所述第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元与AC/DC转换单元分别与直流母线相连；
第一DC/DC转换单元工作于MPPT状态或者恒压状态，在并网工况下，第一DC/DC转换单元始终工作在MPPT状态在孤岛工况下，根据直流母线电压偏差决定工作在MPPT状态或者恒压状态；
第三DC/DC转换单元采用恒压控制，在直流母线取直流电制氢，转换成氢能进行存储和备用；
直流母线采用带下垂曲线的电压电流双闭环算法，系统通过采样母线的电压和第二、三DC/DC转换单元的电流，获得下垂曲线，再通过电压环和电流环的比较，通过PI算法，获得母线工作点，并分别给各个转换单元使用，最终转变成各个转换单元的PWM控制型号；通过该算法和方式，对第二DC/DC与第三DC/DC转换单元进行充放电控制，在动态的充放电控制下，母线电压稳定地工作在下垂曲线的上下范围内。
本发明的有益效果是：
一、将新能源光伏发电、风能发电与制氢装制、氢燃料电池系统的发电和能源转换装置集成到一个设备中，提高系统设备的利用率，使系统高度集成化，控制难度进一步降低，响应速度进一步加快；
二、利用氢能的存储和释放，替代现有的电化学储能系统，消除了电化学储能污染等环境问题，同时，解决了电化学储能寿命低的缺陷；
三、系统不含有柴油发电，利用氢能做备用和存储电源，系统更加清洁，满足微电网中的能源持续供给的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明集成控制箱的电气原理框图；
图3是本发明第一DC/DC转换单元的控制框图；
图4是本发明第二DC/DC转换单元的控制框图；
图5是本发明直流母线的控制框图；
图6是本发明直流母线控制的下垂曲线图。
具体实施方式
结合图1与图2所示，本发明提供一种风光氢多能源集成系统，包括集成控制箱1，集成控制箱1内设有第一DC/DC转换单元2、第二DC/DC转换单元3、第三DC/DC转换单元4、AC/DC转换单元5以及DC/AC转换单元6，第一DC/DC转换单元2的输入接口作为光伏发电直流输入接口、AC/DC转换单元5的输入接口作为风能发电交流输入接口、第二DC/DC转换单元3的输入接口作为燃料电池发电直流输入接口、第三DC/DC转换单元4的输入接口作为制氢能源发电直流输出接口；第一DC/DC转换单元2、第二DC/DC转换单元3、第三DC/DC转换单元4与AC/DC转换单元5的输出接口通过直流母线并联后作为DC/AC转换单元6的输入，DC/AC转换单元6的输出作为所述集成系统的电力输出供电网或负荷使用。
结合图3所示，第一DC/DC转换单元2、第二DC/DC转换单元3与AC/DC转换单元5分别与直流母线相连，所述第一DC/DC转换单元为光伏发电单元，将光伏直流电转换为母线直流电、第二DC/DC转换单元为燃料电池发电单元与AC/DC转换单元为风力发电单元。第一DC/DC转换单元2工作于MPPT状态（最大功率点跟踪状态），DC/DC转换单元通过扫描检测光伏的Upv和Ipv，通过MPPT算法，得到最佳的电压电流工作点，根据该最佳工作点，对DC/DC转换单元进行PWM控制（脉宽调制控制）；或者恒压状态，DC/DC转换单元将给定的恒定电压（母线电压）与采样电压比较得出差值，并通过PI算法，再与电流采样进行比较，通过PI算法，得出一个综合的给定控制点，根据该控制点，对DC/DC转换单元进行PWM控制（脉宽调制控制），控制电路实现闭环，DC/DC转换单元的输出电压始终工作在给定的恒定电压值；在并网工况下，第一DC/DC转换单元始终工作在MPPT状态；在孤岛工况下，根据直流母线电压偏差决定工作在MPPT状态或者恒压状态。AC/DC转换单元的工作模式与第一DC/DC转换单元相同，在此不赘述。
结合图4所示，第二DC/DC转换单元为燃料电池发电单元，接入直流母线作为存储电源，起稳定直流母线的作用，工作在放电或空闲状态，当工作在放电模式时，转换单元工作于恒压模式，与第一单元的DC/DC恒压模式控制方式一致。
第三DC/DC转换单元为制氢能源设备供电，也采用恒压控制，制氢能源设备通过第三DC/DC转换单元在直流母线取直流电制氢，转换成氢能进行存储和备用；控制方式与第一DC/DC转换单元的恒压控制方式相同；
直流母线采用带下垂曲线的电压电流双闭环控制算法，系统通过采样母线的电压和第二、三DC/DC转换单元的电流，获得下垂曲线，再通过电压环和电流环的比较，通过PI算法，获得母线工作点，并分别给各个转换单元使用，最终转变成各个转换单元的PWM控制型号；通过该算法和方式，对第二DC/DC与第三DC/DC转换单元进行充放电控制，在动态的充放电控制下，母线电压稳定地工作在下垂曲线的上下范围内。
结合图5所示，当多种能源同时运行时,直流母线上的电压并不是一个固定的值，而是在下垂曲线范围内的波动值,定义各单元向直流母线输出功率时电流为正方向，即单元放电时电流为正，充电时电流为负。大多数DC/DC转换单元都采用电压电流双闭环控制，所以直流母线机器内部实现下垂控制的实现方式是：将下垂曲线控制加在各路DC/DC转换单元的电压电流双闭环控制之外，作为控制外环，得到变换器输出直流电压参考值，再进行电压电流双闭环控制。
U0表示直流母线电压设定的期望值，即DC/DC转换单元输出直流电压的期望值；I是DC/DC转换单元的输出电流，Udc是DC/DC转换单元的输出电压。U0和I通过下垂曲线计算可以得到DC/DC转换单元的给定输出电压Udcref，再经过电压电流双闭环控制得到单元变换器的控制信号。简单地来讲，下垂控制就是控制变换器的电压和电流或者电压和功率等运行在一条下垂曲线上的控制方式。应用于某个兼具充放电能力的功率单元中的I-U下垂曲线可以表示为图6，图6所示下垂曲线表达式可以表示为Udcref=U0−kI，其中k为表征斜率的下垂曲线系数，在控制中可以等效为各单元变换器的串联虚拟阻抗。当直流母线电压高于期望值U0时，说明直流母线电压高，系统功率过剩，需要第三DC/DC转换单元输出电能，进行制氢，将电能转换成氢能形式储存起来；当直流母线电压低于期望值U0时，说明母线电压低，系统需要更多功率，就需要第二DC/DC转换单元释放能量来稳定母线电压。一旦母线电压越限，转换单元只能以最大状态工作，即最大电流充电或者最大电流放电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种风光氢多能源集成系统，其特征在于，包括集成控制箱，集成控制箱内设有第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第三DC/DC转换单元、AC/DC转换单元以及DC/AC转换单元，第一DC/DC转换单元的输入接口作为光伏发电直流输入接口、AC/DC转换单元的输入接口作为风能发电交流输入接口、第二DC/DC转换单元的输入接口作为燃料电池发电直流输入接口、第三DC/DC转换单元的输入接口作为制氢能源发电直流输出接口；第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元、第三DC/DC转换单元与AC/DC转换单元的输出接口通过直流母线并联后作为DC/AC转换单元的输入，DC/AC转换单元的输出作为所述集成系统的电力输出；
所述第一DC/DC转换单元、第二DC/DC转换单元与AC/DC转换单元分别通过BOOST变换器与直流母线相连，第一DC/DC转换单元工作于MPPT状态或者恒压状态，在并网工况下，第一DC/DC转换单元始终工作在MPPT状态；在孤岛工况下，根据直流母线电压偏差决定工作在MPPT状态或者恒压状态；
第二DC/DC转换单元采用恒压控制，接入直流母线作为存储电源，起稳定直流母线的作用；
第三DC/DC转换单元采用恒压控制，制氢能源设备直接在直流母线取直流电制氢，转换成氢能进行存储和备用，同时具有稳定母线的作用；
直流母线采用带下垂曲线的电压电流双闭环控制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111969581A (zh) * 2020-08-17 2020-11-20 博阳能源科技有限公司 一种单功率输入接口兼容光伏与风电的供电系统
CN111969582A (zh) * 2020-08-17 2020-11-20 博阳能源科技有限公司 基于下垂并机单功率输入接口兼容光伏与风电的供电系统
CN114243771A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 局部微网可再生能源制氢消纳路线决策方法和系统
CN117039940A (zh) * 2023-10-08 2023-11-10 湖北工业大学 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012163226A1 (zh) * 2011-05-27 2012-12-06 中国地质大学（武汉） 一种基于氢能的储能供能一体化系统
CN102916481A (zh) * 2012-08-16 2013-02-06 深圳微网能源管理系统实验室有限公司 一种直流微网系统及其能量管理方法
CN103199561A (zh) * 2013-03-28 2013-07-10 昆山弗尔赛能源有限公司 一种基于燃料电池、风能、太阳能的风光氢互补并网型电站
CN105262127A (zh) * 2015-12-18 2016-01-20 许昌学院 一种光伏发电混合储能系统的功率自适应控制方法
CN107591790A (zh) * 2017-09-07 2018-01-16 湖南利能科技股份有限公司 一种具有多输入端的直流能源路由器
CN109309396A (zh) * 2017-07-28 2019-02-05 北京德意新能电气有限公司 一种储能电池并联充放电装置
CN109462253A (zh) * 2018-11-15 2019-03-12 中广核研究院有限公司 一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012163226A1 (zh) * 2011-05-27 2012-12-06 中国地质大学（武汉） 一种基于氢能的储能供能一体化系统
CN102916481A (zh) * 2012-08-16 2013-02-06 深圳微网能源管理系统实验室有限公司 一种直流微网系统及其能量管理方法
CN103199561A (zh) * 2013-03-28 2013-07-10 昆山弗尔赛能源有限公司 一种基于燃料电池、风能、太阳能的风光氢互补并网型电站
CN105262127A (zh) * 2015-12-18 2016-01-20 许昌学院 一种光伏发电混合储能系统的功率自适应控制方法
CN109309396A (zh) * 2017-07-28 2019-02-05 北京德意新能电气有限公司 一种储能电池并联充放电装置
CN107591790A (zh) * 2017-09-07 2018-01-16 湖南利能科技股份有限公司 一种具有多输入端的直流能源路由器
CN109462253A (zh) * 2018-11-15 2019-03-12 中广核研究院有限公司 一种离网型交直流混合微电网系统及其控制方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111969581A (zh) * 2020-08-17 2020-11-20 博阳能源科技有限公司 一种单功率输入接口兼容光伏与风电的供电系统
CN111969582A (zh) * 2020-08-17 2020-11-20 博阳能源科技有限公司 基于下垂并机单功率输入接口兼容光伏与风电的供电系统
CN111969582B (zh) * 2020-08-17 2021-09-24 博阳能源科技有限公司 基于下垂并机单功率输入接口兼容光伏与风电的供电系统
CN111969581B (zh) * 2020-08-17 2021-09-24 博阳能源科技有限公司 一种单功率输入接口兼容光伏与风电的供电系统
CN114243771A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 局部微网可再生能源制氢消纳路线决策方法和系统
CN117039940A (zh) * 2023-10-08 2023-11-10 湖北工业大学 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置
CN117039940B (zh) * 2023-10-08 2024-01-30 湖北工业大学 一种风氢火协同多目标优化负荷频率控制方法及装置

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