CN112290582A - 新能源电站和直流耦合离网制氢系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的新能源电站和直流耦合离网制氢系统及其控制方法，其新能源电源系统的电能通过电源侧变换器系统输出至高压传输母线，再经由高压传输母线传输至制氢侧变换器系统，进而使制氢侧变换器系统为制氢槽系统供电。也即通过为新能源电源系统和制氢槽系统分别提供能量变换系统，在新能源电源系统与制氢槽系统之间距离较远时，由两个能量变换系统中间的高压传输母线进行电能的远距离传输，避免了现有技术中低电压传输带来的线缆损耗和传输成本高的问题。

Description

新能源电站和直流耦合离网制氢系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种新能源电站和直流耦合离网制氢系统及其控制方法。
背景技术
近些年，新能源发电，比如光伏发电和风力放电，获得了迅猛发展，但是由于其发电不稳定、能量密度低的缺点，常需要储能系统进行配合；氢气作为一种从制取到终端使用完全无污染的储能介质，适于配合新能源发电来弥补上述缺点。目前商业化的新能源发电制氢系统大都采用并网方案，但是其存在能源利用率低、系统成本高以及谐波成分大等缺点。
为解决交流制氢系统的种种缺点，现有技术中提出了直流耦合离网制氢系统的方案，无需连接电网，如图1所示，新能源电源通过DC/DC变换器或者AC/DC变换器与制氢槽系统相连接，为其制氢槽提供制氢所需能量，制氢槽产生氢气与氧气并存储在储氢/氧系统。这样能够提高能源利用率，并且控制简单；但是，现有技术中的直流耦合离网制氢系统，其新能源设备与制氢设备之间一般距离较远，由于两者的电压等级均较低，因此存在较高的线缆损耗和传输成本。
发明内容
本发明提供一种新能源电站和直流耦合离网制氢系统及其控制方法，以解决现有技术中线缆损耗和传输成本高的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
本发明一方面提供一种直流耦合离网制氢系统，包括：新能源电源系统、电源侧变换器系统、制氢侧变换器系统、通信单元以及制氢槽系统；其中：
所述新能源电源系统包括至少一个新能源电源；
所述电源侧变换器系统的输入端与所述新能源电源系统相连，所述电源侧变换器系统的输出端分别与高压传输母线的正负极相连；
所述制氢侧变换器系统的输入端分别与所述高压传输母线的正负极相连；所述制氢侧变换器系统的输出端与所述制氢槽系统的制氢槽供电端相连；
所述通信单元分别与所述制氢侧变换器系统和所述制氢槽系统的控制柜相连。
优选的，所述电源侧变换器系统包括多个第一变换器；
各个所述第一变换器的输出端串联，串联的两端分别作为所述电源侧变换器系统的输出端；
各个所述第一变换器的输入端分别接收互不相同的、至少一个新能源电源的输出电能；或者，各个所述第一变换器的输入端并联，接收各个新能源电源的并联输出电能。
优选的，所述制氢侧变换器系统包括多个第二变换器；
各个所述第二变换器的输入端串联，串联的两端分别作为所述制氢侧变换器系统的输入端；
各个所述第二变换器的输出端并联，并联的两端作为所述制氢侧变换器系统的输出端。
优选的，所述新能源电源包括：一个光伏组串，或者，多个光伏组串以及接收多个光伏组串输出电能的汇流箱；
所述第一变换器为DC/DC变换器。
优选的，所述新能源电源包括：风机，以及，与所述风机相连的双馈感应电机或者永磁同步发电机；
所述第一变换器为AC/DC变换器。
优选的，所述第一变换器为：隔离型或非隔离型的，升压拓扑、降压拓扑或升/降压拓扑中的任意一种；
各个所述第一变换器的正常工作状态为最大功率点跟踪MPPT控制下的工作状态。
优选的，所述第二变换器为隔离型DC/DC变换器；且所述第二变换器为谐振或非谐振拓扑，半桥结构或全桥结构；
所述第二变换器输出端正负极之一中还设置有短路保护装置。
优选的，所述通信单元独立于所述控制柜，或者，集成于所述控制柜中。
优选的，所述制氢槽系统内的制氢槽为碱液电解槽、PEM电解槽或固体氧化物电解槽中的任意一种。
本发明第二方面还提供了一种直流耦合离网制氢系统的控制方法，应用于如上述任一所述的直流耦合离网制氢系统；所述控制方法包括：
制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第一阈值；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数大于所述第一阈值，则所述制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第二阈值；所述第二阈值大于所述第一阈值；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数大于所述第二阈值，则所述制氢侧变换器系统中的各个第二变换器进行过压/过流保护；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数小于等于所述第二阈值，则所述制氢侧变换器系统通知或控制电源侧变换器系统中各个第一变换器进入限功率模式，使各个所述第二变换器的输出参数小于等于所述第一阈值；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数小于等于所述第一阈值，则所述制氢侧变换器系统判断是否接收到制氢槽系统中的控制柜通过通信单元下发的电流调节信号；
若所述制氢侧变换器系统接收到所述电流调节信号，则所述制氢侧变换器系统通知或控制各个所述第一变换器进入限功率模式，使各个所述第二变换器的输出参数满足所述电流调节信号的要求；
若所述制氢侧变换器系统未接收到所述电流调节信号，则各个所述第一变换器保持正常工作状态。
优选的，所述制氢侧变换器系统通知或控制电源侧变换器系统中各个第一变换器进入限功率模式，以及，所述制氢侧变换器系统通知或控制各个所述第一变换器进入限功率模式，包括：
若各个所述第二变换器的正常工作状态为预设增益的开环控制模式，且所述制氢侧变换器系统中还包括一个独立于各个所述第二变换器、与所述通信单元进行通信的总控制器，则所述制氢侧变换器系统通过所述总控制器，通知各个所述第一变换器进入限功率模式；
若各个所述第二变换器的正常工作状态为预设增益的开环控制模式，且各个所述第二变换器均内置有与所述通信单元进行通信的控制器，则所述制氢侧变换器系统通过各个所述控制器中作为通信主机的控制器，通知各个所述第一变换器进入限功率模式；
若各个所述第二变换器的正常工作状态为输出参数的闭环控制模式，且各个所述第二变换器均内置有与所述通信单元进行通信的控制器，则所述制氢侧变换器系统通过各个所述控制器中作为通信主机的控制器，控制各个所述第二变换器的输出参数降低，使各个所述第一变换器进入限功率模式。
优选的，在制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第一阈值之前，还包括：
所述控制柜通过所述通信单元下发制氢槽状态至所述制氢侧变换器系统；
所述制氢侧变换器系统判断所述制氢槽状态是否满足起机要求；
若所述制氢槽状态满足所述起机要求，则各个所述第一变换器和各个所述第二变换器进入正常工作状态。
本发明第三方面还提供了一种新能源电站，包括：储氢系统、储氧系统以及至少一个如上述任一所述的直流耦合离网制氢系统；其中：
所述直流耦合离网制氢系统中，制氢槽系统与制氢侧变换器系统之间的距离小于预设距离；
所述制氢槽系统的制氢槽输出端，分别通过相应的管道，与所述储氢系统的输入端和所述储氧系统的输入端相连；
所述直流耦合离网制氢系统采用如上述任一所述的控制方法进行运行控制。
优选的，各个所述直流耦合离网制氢系统分别采用独立的高压传输母线；或者，
各个所述直流耦合离网制氢系统共用一套高压传输母线。
本发明提供的直流耦合离网制氢系统，其新能源电源系统的电能通过电源侧变换器系统输出至高压传输母线，再经由高压传输母线传输至制氢侧变换器系统，进而使制氢侧变换器系统为制氢槽系统供电。也即通过为新能源电源系统和制氢槽系统分别提供能量变换系统，在新能源电源系统与制氢槽系统之间距离较远时，由两个能量变换系统中间的高压传输母线进行电能的远距离传输，避免了现有技术中低电压传输带来的线缆损耗和传输成本高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的直流耦合离网制氢系统的结构示意图；
图2a和图2b是本发明申请实施例提供的直流耦合离网制氢系统的两种结构示意图；
图3是本发明申请实施例提供的直流耦合离网制氢系统的工作流程图；
图4是本发明申请实施例提供的直流耦合离网制氢系统的一种具体结构示意图；
图5a和图5b是本发明申请实施例提供的直流耦合离网制氢系统的另外两种具体结构示意图；
图6是本发明申请实施例提供的直流耦合离网制氢系统的另外一种具体结构示意图；
图7和图8是本发明申请实施例提供的直流耦合离网制氢系统的控制方法的流程图；
图9和图10是本发明申请实施例提供的新能源电站的两种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明提供一种直流耦合离网制氢系统，以解决现有技术中线缆损耗和传输成本高的问题。
具体的，请参见图2a和图2b，该直流耦合离网制氢系统包括：新能源电源系统101、电源侧变换器系统102、制氢侧变换器系统103以及制氢槽系统104；其中：
新能源电源系统101包括至少一个新能源电源；该新能源电源可以是实现风力发电或者光伏发电的相应电源，此处不做限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
电源侧变换器系统102的输入端与新能源电源系统101相连，电源侧变换器系统102的输出端分别与高压传输母线的正负极相连。具体的，该电源侧变换器系统102包括N1个第一变换器，N1为大于1的正整数；各个第一变换器的输出端串联，串联的两端分别作为电源侧变换器系统101的输出端、与高压传输母线的正负极相连；各个第一变换器的输入端分别接收互不相同的、至少一个新能源电源的输出电能(如图2a所示)；或者，各个第一变换器的输入端并联，接收各个新能源电源的并联输出电能(如图2b所示)。
制氢侧变换器系统103的输入端分别与该高压传输母线的正负极相连；制氢侧变换器系统103的输出端与制氢槽系统104的制氢槽供电端相连。具体的，该制氢侧变换器系统103包括N2个第二变换器，N2为大于1的正整数；各个第二变换器的输入端串联，串联的两端分别作为制氢侧变换器系统103的输入端、与高压传输母线的正负极相连；各个第二变换器的输出端并联，并联的两端作为制氢侧变换器系统103的输出端、与制氢槽系统104的制氢槽供电端相连。
制氢槽系统104通过电解水的原理产生氢气与氧气，并通过储氢/氧系统进行相应存储。实际应用中，制氢槽系统内的制氢槽可以为碱液电解槽、PEM电解槽或固体氧化物电解槽中的任意一种。
本实施例提供的该直流耦合离网制氢系统，通过为新能源电源系统101和制氢槽系统104分别提供能量变换系统，在新能源电源系统101与制氢槽系统104之间距离较远时，由两个能量变换系统中间的高压传输母线进行电能的远距离传输，避免了现有技术中低电压传输带来的线缆损耗和传输成本高的问题。
另外，该直流耦合离网制氢系统中还设置有通信单元105，该通信单元105分别与制氢侧变换器系统103和制氢槽系统104的控制柜相连。实际应用中，视制氢侧变换器系统103中各个第二变换器的控制方式，来确定该通信单元105与该制氢侧变换器系统103之间的连接方式；比如，当制氢侧变换器系统103中各个第二变换器均内置有控制器，且各个控制器之间采用主从控制进行通信，则该通信单元105与各个控制器均相连，并由各个控制器中作为通信主机的控制器进行协调控制；而当制氢侧变换器系统103中还设置有独立于各个第二变换器的总控制器时，则由该总控制器负责与通信单元105和各个第一变换器进行通信，并控制各个第二变换器运行。另外，该通信单元105可以独立于制氢槽系统104，也可以在制氢槽系统104的个数为1时，集成于制氢槽系统104的控制柜中，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
该通信单元105的主要作用是实现制氢侧变换器系统103和制氢槽系统104控制柜之间的通信，使该直流耦合离网制氢系统能够实现对内部各个系统的运行控制；该控制过程如图3所述，具体包括：
在该直流耦合离网制氢系统启动时，首先由制氢槽系统104通过通信单元105进行制氢槽状态的下发；然后由制氢侧变换器系统103判断该制氢槽状态是否满足起机要求；该制氢槽状态主要包括制氢槽系统104制氢槽的槽压、槽温、氢/氧液位等信息，若上述各个信息均正常，则满足该起机要求，此时电源侧变换器系统102和制氢侧变换器系统103开始运行，否则两者均不起机。值得说明的是，电源侧变换器系统102内各个第一变换器开始运行之后就进入正常工作状态，其正常工作状态是MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制下的工作状态，能够确保能源最大化制氢。当各个第一变换器的输入端并联时，各个第一变换器可以采用主从控制，由其通信主机进行MPPT控制，其他从机跟随其变化；或者，各个第一变换器也可以采用集中控制，由一台主控制器进行MPPT，其他变换器受该主控制器控制。
实际应用中，为了避免制氢侧变换器系统103的输出电压或输出电流超过制氢槽系统104的供电范围，可以在上述内容的基础之上，为制氢侧变换器系统103的各个第二变换器均设置有输出电压或电流检测、过压或过流保护电路。使得制氢侧变换器系统103在开始运行之后，可以实时或周期性的判断自身的输出参数是否大于第一阈值；具体的判断内容可以是自身的输出电压Uo是否大于第一电压阈值Uo_max1，或者也可以是自身的输出电流Io是否大于第一电流阈值Io_max1。
若氢侧变换器系统103的输出参数大于第一阈值，则继续判断自身的输出参数是否大于第二阈值；具体的判断内容可以是自身的输出电压Uo是否大于第二电压阈值Uo_max2，或者也可以是自身的输出电流Io是否大于第二电流阈值Io_max2。实际应用中，Uo_max2>Uo_max1,Io_max2>Io_max1；并且，各个阈值的取值是由根据制氢槽规格设计的DC/DC变换器实际调试来得到，此处不做限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
若氢侧变换器系统103的输出参数大于第二阈值，则各个第二变换器进行过压/过流保护、封波关机，以防止系统损坏；其具体的实现过程，可以是由总控制器控制各个第二变换器实现封波关机，或者，也可以是由各个第二变换器中作为通信主机的控制器来控制各个第二变换器封波关机。
若制氢侧变换器系统103的输出参数小于等于第二阈值，则电源侧变换器系统102中的各个第一变换器退出MPPT控制模式，进入限功率模式；具体的实现过程可以是，各个第二变换器接收通信主机的协调控制，来通过自身内置控制器的闭环控制来降低自身的输出功率，使自身的输出参数尽量维持在第一阈值内，进而使各个第一变换器退出MPPT控制；或者也可以是，制氢侧变换器系统103中的总控制器或者通信主机与各个第一变换器进行通信，通知各个第一变换器退出MPPT控制，进入限功率模式，进而使各个第二变换器通过预设增益的开环控制模式能将自身的输出参数调整到小于等于第一阈值。
需要说明的是，实际应用中，该制氢槽系统104的控制柜还可以根据相应制氢槽的槽压、槽温、氢/氧液位等情况，生成一个改变相应制氢槽输入电流的电流调节信号，并通过通信单元105下发给制氢侧变换器系统103；因此，若制氢侧变换器系统103的输出参数小于等于第一阈值，则氢侧变换器系统103实时或周期性的判断是否接收到制氢槽系统104中的控制柜通过通信单元105下发的电流调节信号。
若制氢侧变换器系统103接收到电流调节信号，则制氢侧变换器系统103通知或控制各个第一变换器进入限功率模式，使各个第二变换器的输出参数满足该电流调节信号的要求。其中，制氢侧变换器系统103通知或控制各个第一变换器进入限功率模式的具体过程可以是：各个第二变换器接收通信主机的协调控制，来通过自身内置控制器的闭环控制来降低自身的输出功率，使自身的输出参数满足该电流调节信号的要求，进而使各个第一变换器退出MPPT控制；或者也可以是，制氢侧变换器系统103中的总控制器或者通信主机与各个第一变换器进行通信，通知各个第一变换器退出MPPT控制，进入限功率模式，进而使各个第二变换器通过预设增益的开环控制模式能将自身的输出参数调整为满足该电流调节信号的要求。
若制氢侧变换器系统103未接收到电流调节信号，则各个第一变换器保持正常工作状态，即维持MPPT控制模式即可。
上述控制方式使两级变换器系统构成的该直流耦合离网制氢系统，能够实现对于系统内部各个器件的运行控制，在保证运行安全的前提下，确保能源最大化制氢。
在图2a和图2b和上一实施例的基础之上，本发明另一实施例提供了一种直流耦合离网制氢系统的具体实现形式：
如图4所示，其新能源电源为光伏组串；该光伏组串中包括至少一个光伏组件，比如多个依次串联连接的光伏组件。该新能源电源系统101可以是1000V的光伏系统，也可以是1500V的光伏系统，甚至更高电压等级的光伏系统，视其具体应用环境而定，此处不做限定。
其第一变换器为DC/DC变换器，并且该DC/DC变换器可以是：隔离型或非隔离型的，升压拓扑、降压拓扑或升/降压拓扑中的任意一种。
其第二变换器为隔离型DC/DC变换器；且第二变换器为谐振或非谐振拓扑，半桥结构或全桥结构。
另外，如果第一变换器功率比较小的话，相应光伏组串的输出可以直接接入第一变换器的输入端；而如果第一变换器功率较大的话，该直流耦合离网制氢系统还可以如图5a和图5b所示，其新能源电源包括：多个光伏组串，以及，接收多个光伏组串输出电能的汇流箱；汇流箱路数可以是8路、16路、20路等，视其具体应用环境而定即可，每路输入分别接一个光伏组串；使得各个第一变换器的输入端可以分别通过各自对应的至少一个汇流箱接收多个光伏组串的输出电能(如图5a所示)，也可以均与各个汇流箱的输出端并联(如图5b所示)。
以图5a为例进行说明，其具体的工作原理为：
制氢槽系统104在工作时，其电气外特性可以等效为一个阻性负载。
电源侧变换器系统102中，各个DC/DC变换器在正常情况下分别进行MPPT(MaximumPower Point Tracking，最大功率点跟踪)控制，每个DC/DC变换器的输入功率为P1、P2…PN1；每个DC/DC变换器的控制互相解耦，且各自的输出完全跟踪其输入功率的变化，输出电压随着输入功率的变化而变化，输入功率越大，输出电压越大，输入功率越小，输出电压越小。
制氢侧变换器系统103中，各个DC/DC变换器以LC谐振拓扑为例来说明，各个DC/DC变换器采用定频控制，且增益设置在1附近。各个DC/DC变换器的输入串联，分担高压传输母线的总电压；每个DC/DC变换器的输入电流相等，每个DC/DC变换器的输入电容特性和容值都一样，每个DC/DC变换器的输入电压相等；每个DC/DC变换器输出并联，输出电压相等；所以对于制氢侧变换器系统103而言，其每个DC/DC变换器的输入电压/电流相等，输出电压/电流相等，每个DC/DC变换器均分总的功率；根据能量守恒定理可知，制氢槽系统104的输入参数为：
U1＝[(P1+P2+…PN1)*Req]1/2+Uin_limit1；
I1＝(P1+P2+…PN1)/U1；
其中，Req为制氢槽系统104的等效电阻，Uin_limit1为制氢槽系统104电解制氢的最低电压。
制氢侧变换器系统103中的每个DC/DC变换器，其输出电压是制氢槽系统104的输入电压，其输出电流为I1/N2，其输入电压＝n*U1，其输入电流＝(I1/N2)/n。
高压传输母线的电压Ubus＝N2*n*U1，高压传输母线的电流Ibus＝(I1/N2)/n；其中，n是制氢侧变换器系统103中每个DC/DC变换器的匝比，N2是制氢侧变换器系统103中DC/DC变换器的个数。
电源侧变换器系统102中，每个DC/DC变换器输出串联，每个DC/DC变换器输出电压叠加形成高压传输母线的电压Ubus，且Ubus＝N2*n*U1；每个DC/DC变换器的输出电流相等且均等于高压传输母线的电流Ibus＝(I1/N2)/n，电源侧变换器系统102中DC/DC变换器的输出电压等于Pin/Ibus；Pin为每个DC/DC变换器的输入功率。
离网制氢系统由两个变换器系统组成，电源侧变换器系统102每个DC/DC变换器的控制互相解耦，每个DC/DC变换器进行MPPT；制氢侧变换器系统103定频工作，且增益为1附近，每个DC/DC变换器均分功率进行能量输出；高压传输母线的电压与制氢槽系统104的输入电压，都是根据整体输入功率动态调整的，整体输入功率大时，高压传输母线的电压与制氢槽系统104的输入电压略有升高，电流几乎正比例增大，反之，输入电压略有降低，电流几乎正比例减小；高压传输母线的电流与制氢槽系统104的输入电流，都是根据整体输入功率与相应电压动态调整的。
假设一个1000V光伏系统，制氢槽系统1MW，光伏侧与制氢侧每台DC/DC变换器容量在50KW，即N1＝N2＝20，且制氢侧DC/DC变换器的匝比n等于1，输入侧满载MPPT工作电压范围一般在550-850V；电解槽应用双极性电解槽，电压一般在100-150V。当无遮挡情况时，光伏组串以额定功率输出，每个DC/DC变换器输入功率在50KW，总的输入功率在1MW，制氢槽系统输入电压在150V，制氢槽系统输入电流在6667A，制氢侧每个DC/DC变换器的输入电流在333.3A，每个DC/DC变换器的输入电压在150V，高压传输母线的电压在3000V，光伏侧每个DC/DC变换器的输出电压在150V，输出电流在333.3A。当光伏组件出现遮挡时，比如第二个与第二十个光伏组串区域出现遮挡，且第二台DC/DC变换器输入功率在20KW，第二十台DC/DC变换器输入功率在30KW，总的输入功率在950KW，制氢槽系统输入电压在148.73V，制氢槽系统输入电流在6387.4A，制氢侧每个DC/DC变换器的输入电流在319.4A，每个DC/DC变换器的输入电压在148.73V，高压传输母线的电压在2974.6V；光伏侧DC/DC变换器的输出电流在319.4A，50KW输出的DC/DC变换器输出电压在156.5V，第二台变换器输出电压在62.6V，第二十台输出电压在93.9V。
本实施例中的两级变换器系统在控制上互相解耦，控制简单、方案容易实现；且其前级的电源侧变换器系统102中各个第一变换器间的控制也互相解耦，使得各个第一变换器可以分别进行MPPT控制，制氢侧变换器系统103中各个第二变换器均应用隔离拓扑，且输出并联连接制氢槽系统104，进而最大化利用光伏能量制氢。
在图2a和图2b和第一实施例的基础之上，本发明另一实施例提供了一种直流耦合离网制氢系统的具体实现形式：
如图6所示，其新能源电源为新能源电源包括：风机，以及，与风机相连的DFIG(Doubly fed Induction Generator，双馈感应电机)或者PMSG(permanent magnetsynchronous generator，永磁同步发电机)。具体的，该DFIG或者PMSG的输入端与风机相连；该DFIG或者PMSG的输出端与对应的第一变换器的输入端相连(如图6所示)；或者，所述双馈感应电机或者永磁同步发电机的输出端并联(未进行图示)。
其第一变换器为AC/DC变换器，并且该AC/DC变换器可以是：隔离型或非隔离型的，升压拓扑、降压拓扑或升/降压拓扑中的任意一种。
其AC/DC变换器通过相应风机反馈的转矩信号进行MPPT，其他与直流耦合光伏离网制氢系统控制类似，在此不再赘述。
在上述实施例的基础之上，优选的，其第二变换器中还设置有短路保护装置；该短路保护装置为：设置于第二变换器输出端正负极之一的短路保护器件，比如熔丝。
该直流耦合离网制氢系统的制氢侧变换器系统103中，当其中一路第二变换器短路时，其它路第二变换器的电流之和会反灌进入该故障模块。一般情况下，第二变换器越多，反灌电流达到短路保护器件的动作点越快速，从而使系统可靠保护。当其中一路第二变换器故障时，其它路第二变换器还可以正常进行MPPT控制，利用相应的新能源进行发电制氢。若该制氢侧变换器系统103包含N2个第二变换器，则考虑单一故障情况下，还有N2-1/N1的能量可以被持续利用。因此该制氢侧变换器系统103，增加了配电的可靠性，增强了系统的冗余性能。
本发明另一实施例还提供了一种直流耦合离网制氢系统的控制方法，应用于如上述任一实施例所述的直流耦合离网制氢系统；如图7所示，该控制方法包括：
S101、制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第一阈值。
若制氢侧变换器系统的输出参数大于第一阈值，则执行步骤S102；若制氢侧变换器系统的输出参数小于等于第一阈值，则执行步骤S105。
S102、制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第二阈值；第二阈值大于第一阈值。
若制氢侧变换器系统的输出参数大于第二阈值，则执行步骤S103；若制氢侧变换器系统的输出参数小于等于第二阈值，则执行步骤S104。
S103、制氢侧变换器系统中的各个第二变换器进行过压/过流保护。
S104、制氢侧变换器系统通知或控制电源侧变换器系统中各个第一变换器进入限功率模式，使各个第二变换器的输出参数小于等于第一阈值。
S105、制氢侧变换器系统判断是否接收到制氢槽系统中的控制柜通过通信单元下发的电流调节信号。
若制氢侧变换器系统接收到电流调节信号，则执行步骤S106；若制氢侧变换器系统未接收到电流调节信号，则执行步骤S107。
S106、制氢侧变换器系统通知或控制各个第一变换器进入限功率模式，使各个第二变换器的输出参数满足电流调节信号的要求。
S107、各个第一变换器保持正常工作状态。
实际应用中，步骤S101和S105都可以是实时进行的，也可以是间隔预设时长、周期性进行的，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。
优选的，步骤S104中的制氢侧变换器系统通知或控制电源侧变换器系统中各个第一变换器进入限功率模式，以及，S106中的制氢侧变换器系统通知或控制各个第一变换器进入限功率模式，包括：
若各个第二变换器的正常工作状态为预设增益的开环控制模式，且制氢侧变换器系统中还包括一个独立于各个第二变换器、与通信单元进行通信的总控制器，则制氢侧变换器系统通过总控制器，通知各个第一变换器进入限功率模式；
若各个第二变换器的正常工作状态为预设增益的开环控制模式，且各个第二变换器均内置有与通信单元进行通信的控制器，则制氢侧变换器系统通过各个控制器中作为通信主机的控制器，通知各个第一变换器进入限功率模式；
若各个第二变换器的正常工作状态为输出参数的闭环控制模式，且各个第二变换器均内置有与通信单元进行通信的控制器，则制氢侧变换器系统通过各个控制器中作为通信主机的控制器，控制各个第二变换器的输出参数降低，使各个第一变换器进入限功率模式。
在图7的基础之上，优选的，如图8所示，在步骤S101之前，还包括：
S201、控制柜通过通信单元下发制氢槽状态至制氢侧变换器系统。
S202、制氢侧变换器系统判断制氢槽状态是否满足起机要求。
若制氢槽状态满足起机要求，则执行步骤S203。
S203、各个第一变换器和各个第二变换器进入正常工作状态。
该直流耦合离网制氢系统的具体结构以及该控制方法的具体原理，均可参见上述实施例，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种新能源电站，如图9所示，该新能源电站包括：储氢系统、储氧系统以及至少一个(图9中以两个为例进行展示)如上述任一实施例所述的直流耦合离网制氢系统。
实际应用中，各个直流耦合离网制氢系统可以分别采用独立的高压传输母线，如图9所示；或者，优选的，各个直流耦合离网制氢系统共用一套高压传输母线，如图10所示，整个新能源电站中只有两根高压线(即高压传输母线的正负极线缆)，各个电源侧变换器系统102的输出并联形成高压传输母线。
图9以在图2a的基础上为例进行展示，该直流耦合离网制氢系统的具体结构及工作原理可以参见上述任一实施例，此处不再一一赘述。
在此基础之上，每个直流耦合离网制氢系统中，其制氢槽系统104与制氢侧变换器系统103之间的距离小于预设距离；该预设距离的取值视其具体应用环境而定即可，只要能够使其制氢槽系统104紧邻其所连接的变换器，尽量减小制氢槽输入线缆的长度，均在本申请的保护范围内。
该直流耦合离网制氢系统中制氢槽系统104的制氢槽输出端，分别通过相应的管道，与储氢系统的输入端和储氧系统的输入端相连。
在实际新能源电站应用中，由于制氢槽输入特性是低压大电流，所以其线缆的损耗及成本是系统设计考虑的重点。本直流耦合离网制氢系统，不仅通过高压传输母线对前级光伏/风能的能量进行传输，而且，其对于制氢、储氢的方式采用集中制氢、集中存储的方法，能够充分发挥高压直流传输的优势。以光伏发电为例，其具体系统如图9所示，制氢槽系统与储氢系统及储氧系统集中放置，每个制氢槽系统产生的氢气与氧气通过相应的管道就近输送到相应的系统中进行储存，实现集中制氢、集中存储；系统结构简单，且便于制氢与储氢/氧环节的统一管理。
另外，该直流耦合离网制氢系统采用如上述任一所述的控制方法进行运行控制，此处也不再赘述。
需要说明的是，图4-6以及图9和图10，均为示出通信单元，相应实施例中的通信单元介绍参见图2a和图2b对应的实施例即可，均在本申请的保护范围内。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。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、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种直流耦合离网制氢系统，其特征在于，包括：新能源电源系统、电源侧变换器系统、制氢侧变换器系统、通信单元以及制氢槽系统；其中：
所述新能源电源系统包括至少一个新能源电源；
所述电源侧变换器系统的输入端与所述新能源电源系统相连，所述电源侧变换器系统的输出端分别与高压传输母线的正负极相连；
所述制氢侧变换器系统的输入端分别与所述高压传输母线的正负极相连；所述制氢侧变换器系统的输出端与所述制氢槽系统的制氢槽供电端相连；
所述通信单元分别与所述制氢侧变换器系统和所述制氢槽系统的控制柜相连。
2.根据权利要求1所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述电源侧变换器系统包括多个第一变换器；
各个所述第一变换器的输出端串联，串联的两端分别作为所述电源侧变换器系统的输出端；
各个所述第一变换器的输入端分别接收互不相同的、至少一个新能源电源的输出电能；或者，各个所述第一变换器的输入端并联，接收各个新能源电源的并联输出电能。
3.根据权利要求1所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述制氢侧变换器系统包括多个第二变换器；
各个所述第二变换器的输入端串联，串联的两端分别作为所述制氢侧变换器系统的输入端；
各个所述第二变换器的输出端并联，并联的两端作为所述制氢侧变换器系统的输出端。
4.根据权利要求2所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述新能源电源包括：一个光伏组串，或者，多个光伏组串以及接收多个光伏组串输出电能的汇流箱；
所述第一变换器为DC/DC变换器。
5.根据权利要求2所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述新能源电源包括：风机，以及，与所述风机相连的双馈感应电机或者永磁同步发电机；
所述第一变换器为AC/DC变换器。
6.根据权利要求2所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述第一变换器为：隔离型或非隔离型的，升压拓扑、降压拓扑或升/降压拓扑中的任意一种；
各个所述第一变换器的正常工作状态为最大功率点跟踪MPPT控制下的工作状态。
7.根据权利要求3所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述第二变换器为隔离型DC/DC变换器；且所述第二变换器为谐振或非谐振拓扑，半桥结构或全桥结构；
所述第二变换器输出端正负极之一中还设置有短路保护装置。
8.根据权利要求1-7任一所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述通信单元独立于所述控制柜，或者，集成于所述控制柜中。
9.根据权利要求1-7任一所述的直流耦合离网制氢系统，其特征在于，所述制氢槽系统内的制氢槽为碱液电解槽、PEM电解槽或固体氧化物电解槽中的任意一种。
10.一种直流耦合离网制氢系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一所述的直流耦合离网制氢系统；所述控制方法包括：
制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第一阈值；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数大于所述第一阈值，则所述制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第二阈值；所述第二阈值大于所述第一阈值；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数大于所述第二阈值，则所述制氢侧变换器系统中的各个第二变换器进行过压/过流保护；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数小于等于所述第二阈值，则所述制氢侧变换器系统通知或控制电源侧变换器系统中各个第一变换器进入限功率模式，使各个所述第二变换器的输出参数小于等于所述第一阈值；
若所述制氢侧变换器系统的输出参数小于等于所述第一阈值，则所述制氢侧变换器系统判断是否接收到制氢槽系统中的控制柜通过通信单元下发的电流调节信号；
若所述制氢侧变换器系统接收到所述电流调节信号，则所述制氢侧变换器系统通知或控制各个所述第一变换器进入限功率模式，使各个所述第二变换器的输出参数满足所述电流调节信号的要求；
若所述制氢侧变换器系统未接收到所述电流调节信号，则各个所述第一变换器保持正常工作状态。
11.根据权利要求10所述的直流耦合离网制氢系统的控制方法，其特征在于，所述制氢侧变换器系统通知或控制电源侧变换器系统中各个第一变换器进入限功率模式，以及，所述制氢侧变换器系统通知或控制各个所述第一变换器进入限功率模式，包括：
若各个所述第二变换器的正常工作状态为预设增益的开环控制模式，且所述制氢侧变换器系统中还包括一个独立于各个所述第二变换器、与所述通信单元进行通信的总控制器，则所述制氢侧变换器系统通过所述总控制器，通知各个所述第一变换器进入限功率模式；
若各个所述第二变换器的正常工作状态为预设增益的开环控制模式，且各个所述第二变换器均内置有与所述通信单元进行通信的控制器，则所述制氢侧变换器系统通过各个所述控制器中作为通信主机的控制器，通知各个所述第一变换器进入限功率模式；
若各个所述第二变换器的正常工作状态为输出参数的闭环控制模式，且各个所述第二变换器均内置有与所述通信单元进行通信的控制器，则所述制氢侧变换器系统通过各个所述控制器中作为通信主机的控制器，控制各个所述第二变换器的输出参数降低，使各个所述第一变换器进入限功率模式。
12.根据权利要求10所述的直流耦合离网制氢系统的控制方法，其特征在于，在制氢侧变换器系统判断自身的输出参数是否大于第一阈值之前，还包括：
所述控制柜通过所述通信单元下发制氢槽状态至所述制氢侧变换器系统；
所述制氢侧变换器系统判断所述制氢槽状态是否满足起机要求；
若所述制氢槽状态满足所述起机要求，则各个所述第一变换器和各个所述第二变换器进入正常工作状态。
13.一种新能源电站，其特征在于，包括：储氢系统、储氧系统以及至少一个如权利要求1-9任一所述的直流耦合离网制氢系统；其中：
所述直流耦合离网制氢系统中，制氢槽系统与制氢侧变换器系统之间的距离小于预设距离；
所述制氢槽系统的制氢槽输出端，分别通过相应的管道，与所述储氢系统的输入端和所述储氧系统的输入端相连；
所述直流耦合离网制氢系统采用如权利要求10-12任一所述的控制方法进行运行控制。
14.根据权利要求13所述的新能源电站，其特征在于，各个所述直流耦合离网制氢系统分别采用独立的高压传输母线；或者，
各个所述直流耦合离网制氢系统共用一套高压传输母线。
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