CN112899725A - 新能源复合制氢系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新能源复合制氢系统及其控制方法，其中，新能源复合制氢系统包括：新能源发电系统、功率变换系统、碱液制氢系统以及非碱液制氢系统；其功率变换系统的输出端，分别与碱液制氢系统的输入电极及非碱液制氢系统的输入电极相连，使得其功率变换系统可以根据新能源发电系统输出能量的多少，选择为碱液制氢系统还是非碱液制氢系统提供制氢能量，进而以非碱液制氢系统代替电池储能实现弱能量区的能量接收，避免能量浪费、提高制氢经济效益。

Description

新能源复合制氢系统及其控制方法

技术领域

本发明属于制氢技术领域，更具体的说，尤其涉及一种新能源复合制氢系统及其控制方法。

背景技术

目前常用的水电解技术分为碱液电解技术、PEM(Proton Exchange Membrane，质子交换膜片)电解技术和固体氧化物电解技术。碱液电解槽成本低廉、单槽产气量大、技术成熟，因此，碱液电解技术是最常用的方案；但是，一般在负载小于30％的场景，碱液电解槽会存在气体纯度下降的问题，与光伏早晚间或阴雨天的弱能量区不匹配，与弱风下风力发电的弱能量区也不匹配，因此，碱液电解技术的应用方案容易造成能量浪费，制氢经济效益较低。

现有技术方案中，在制氢系统中配置一定的电池储能，来吸收弱能量区的能量；但是电池价格昂贵，会造成投资成本的显著增加；并且，电池寿命终结会造成环境污染，电池的回收基本没有经济性可言，进而造成制氢的经济效益较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新能源复合制氢系统及其控制方法，用于解决现有技术由于引入电池储能来吸收弱能量区的能量而导致制氢经济效益低的问题。

本发明第一方面公开了一种新能源复合制氢系统，包括：新能源发电系统、功率变换系统、碱液制氢系统及非碱液制氢系统；其中：

所述新能源发电系统的输出端与所述功率变换系统的输入端相连；

所述功率变换系统的输出端，分别与所述碱液制氢系统的输入电极及所述非碱液制氢系统的输入电极相连。

可选的，所述功率变换系统包括：功率变换器和两个开关单元；其中：

所述功率变换器的输入端作为所述功率变换系统的输入端；

所述功率变换器的输出端分别与两个开关单元的第一端相连；

两个开关单元的第二端分别作为所述功率变换系统两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连；

两个开关单元的控制端、所述碱液制氢系统的通信端及所述非碱液制氢系统的通信端，均与所述功率变换器的通信端相连。

可选的，所述功率变换系统包括：两个功率变换器；其中：

两个功率变换器的输入端并联，连接点作为所述功率变换系统的输入端；

两个功率变换器的输出端分别作为所述功率变换系统的两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连；

两个功率变换器的通信端，分别与对应制氢系统的通信端相连；

两个功率变换器之间采用主从控制。

可选的，所述功率变换系统包括：系统控制器和两个功率变换器；其中：

两个功率变换器的输入端并联，连接点作为所述功率变换系统的输入端；

两个功率变换器的输出端分别作为所述功率变换系统的两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连；

两个功率变换器的通信端，分别与对应制氢系统的通信端相连；

两个功率变换器通过所述系统控制器实现集中控制。

可选的，若所述新能源发电系统为光伏发电系统，则所述功率变换器为DC/DC变换器；

若所述新能源发电系统为风力发电系统，则所述功率变换器为AC/DC变换器。

可选的，所述碱液制氢系统的容量配置大于所述非碱液制氢系统的容量配置。

可选的，所述非碱液制氢系统为PEM制氢系统和固体氧化物制氢系统中的至少一个。

本发明第二方面公开了一种新能源复合制氢系统的控制方法，应用于本发明第一方面公开的新能源复合制氢系统的控制器，所述新能源复合制氢系统的控制方法包括：

判断所述新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足所述新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求；

若所述新能源发电系统的输出能量不满足所述碱液制氢系统的制氢要求，则控制所述新能源复合制氢系统中功率变换系统为所述新能源复合制氢系统中非碱液制氢系统提供制氢能量；

若所述新能源发电系统的输出能量满足所述碱液制氢系统的制氢要求，则控制所述功率变换系统至少为所述碱液制氢系统提供制氢能量。

可选的，判断所述新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足所述新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求，包括：

根据实时采集得到的所述新能源发电系统的输出能量信息，进行MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)运算，确定所述碱液制氢系统的制氢理论输入值；

判断所述制氢理论输入值是否大于所述碱液制氢系统的制氢最小限制值；

若所述制氢理论输入值大于所述碱液制氢系统的制氢最小限制值，则判定所述新能源发电系统的输出能量满足所述碱液制氢系统的制氢要求；

若所述制氢理论输入值小于等于所述碱液制氢系统的制氢最小限制值，则判定所述新能源发电系统的输出能量不满足所述碱液制氢系统的制氢要求。

可选的，若所述功率变换系统包括两个功率变换器：为所述碱液制氢系统提供制氢能量的第一功率变换器，以及，为所述非碱液制氢系统提供制氢能量的第二功率变换器，则控制所述功率变换系统至少为所述碱液制氢系统提供制氢能量，包括：

先控制所述第一功率变换器运行、所述第二功率变换器待机；

再在所述制氢理论输入值大于所述碱液制氢系统的调节指令值或制氢限值时，控制所述第一功率变换器以所述调节指令值或所述制氢限值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述第一功率变换器的输出参考值的差值为输出参考值运行。

可选的，在所述制氢理论输入值大于所述碱液制氢系统的调节指令值或制氢限值时，控制所述第一功率变换器以所述调节指令值或所述制氢限值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述第一功率变换器的输出参考值的差值为输出参考值运行，包括：

判断所述第一功率变换器是否接收到所述调节指令值；

若所述第一功率变换器接收到所述调节指令值，则判断所述制氢理论输入值是否大于所述调节指令值；若大于，则控制所述第一功率变换器以所述调节指令值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述调节指令值的差值为输出参考值运行；否则，控制所述第一功率变换器以所述制氢理论输入值为输出参考值运行、所述第二功率变换器待机；

若所述第一功率变换器未接收到所述调节指令值，则判断所述制氢理论输入值是否大于所述制氢限值；若大于，则控制所述第一功率变换器以所述制氢限值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述制氢限值的差值为输出参考值运行；否则，控制所述第一功率变换器以所述制氢理论输入值为输出参考值运行、所述第二功率变换器待机。

可选的，在判断所述新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足所述新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求之前，还包括：

系统上电后，控制所述功率变换系统输出能量至所述非碱液制氢系统。

可选的，所述制氢理论输入值为制氢理论输入功率值时，所述制氢最小限制值为制氢最小限制功率值；

所述制氢理论输入值为制氢理论输入电流值时，所述制氢最小限制值为制氢最小限制电流值；并且，确定所述制氢理论输入电流值所采用的公式为：Uin＝U_limit+(Pmpp*Req)^1/2，和，Iin＝Pmpp/Uin；

其中，Uin为制氢理论输入电压值，U_limit为所述碱液制氢系统的制氢最小限制电压值，Pmpp为制氢理论输入功率值，Req为碱液制氢系统的等效电阻值，Iin为制氢理论输入电流值。

可选的，所述制氢理论输入值、所述调节指令值以及所述制氢限值，均为相应的电流值或功率值。

可选的，当所述功率变换系统包括功率变换器和两个开关单元时，所述新能源复合制氢系统的控制器为所述功率变换器中的控制器；

当所述功率变换系统包括两个功率变换器时，所述新能源复合制氢系统的控制器为所述两个功率变换器中的通信主机，或者，所述新能源复合制氢系统中的系统控制器。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种新能源复合制氢系统，包括：新能源发电系统、功率变换系统、碱液制氢系统以及非碱液制氢系统；其功率变换系统的输出端，分别与碱液制氢系统的输入电极及非碱液制氢系统的输入电极相连，使得其功率变换系统可以根据新能源发电系统输出能量的多少，选择为碱液制氢系统还是非碱液制氢系统提供制氢能量，进而以非碱液制氢系统代替电池储能实现弱能量区的能量接收，避免能量浪费、提高制氢经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种新能源复合制氢系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种新能源复合制氢系统的示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种新能源复合制氢系统的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种新能源复合制氢系统的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种新能源复合制氢系统的控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种新能源复合制氢系统的控制方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的另一种新能源复合制氢系统的控制方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的另一种新能源复合制氢系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

本发明实施例提供了一种新能源复合制氢系统，以解决采用电池储能来吸收弱能量区的能量，而造成制氢经济效益较低的问题。

该新能源复合制氢系统，参见图1，包括：新能源发电系统10、功率变换系统20、碱液制氢系统30及非碱液制氢系统40，其中：

新能源发电系统10的输出端与功率变换系统20的输入端相连，功率变换系统20包括两个输出端，其中一个的输出端与碱液制氢系统30的输入电极相连，另外一个输出端与非碱液制氢系统40的输入电极相连。

其中，新能源发电系统10可以是光伏发电系统，也可以是风力发电系统，在此不作具体限定，视具体情况而定即可，均在本申请的保护范围内。在实际应用中，非碱液制氢系统40为PEM制氢系统和固体氧化物制氢系统中的至少一个，当然非碱液制氢系统40也可以是其他与弱能量区匹配的制氢系统，在此不进行一一例举，视具体情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，各个制氢系统通过功率变换系统20与新能源发电系统10相连，使得该功率变换系统20可以根据新能源发电系统10输出能量的多少，选择为碱液制氢系统30还是非碱液制氢系统40提供制氢能量，进而以非碱液制氢系统40代替电池储能实现弱能量区的能量接收，避免能量浪费、提高制氢经济效益，还能避免使用电池储能实现弱能量区的能量接收造成环境污染的问题。

另外，为了充分发挥碱液制氢系统30的技术成熟、成本低和制氢量大的特点，可以将碱液制氢系统30的容量配置设置为大于非碱液制氢系统40的容量配置，以提高制氢经济效益，如将碱液制氢系统30的容量配置为总容量的80％，非碱液制氢系统40的容量配置为总容量的20％，当然，也可以是其他配置比，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

还需要说明的是，功率变换系统20，可以具体在新能源发电系统10的输出能量不满足碱液制氢系统30的制氢要求时，为非碱液制氢系统40提供制氢能量；并在新能源发电系统10的输出能量满足碱液制氢系统30的制氢要求时，至少为碱液制氢系统30提供制氢能量。

比如，在新能源发电系统10为光伏发电系统时，新能源发电系统10在早晚间或阴雨天等光线不足的弱能量区的输出电能较低；在新能源发电系统10为风力发电系统时，新能源发电系统10在弱风的弱能量区的输出电能较低。

因此，若新能源发电系统10为光伏发电系统，则在早晚间或阴雨天的弱能量区时，新能源发电系统10的输出能量不满足碱液制氢系统30的制氢要求，功率变换系统20为非碱液制氢系统40提供制氢能量；若新能源发电系统10为风力发电系统，则在弱风的弱能量区时，新能源发电系统10的输出能量不满足碱液制氢系统30的制氢要求，功率变换系统20为非碱液制氢系统40提供制氢能量。

需要说明的是，在本发明实施例图1中所涉及的功率变换系统20的结构可以有多种选择，比如：

(1)该功率变换系统20包括如图2所示的：功率变换器204和两个开关单元(如图2所示的K1和K2)，其中：

功率变换器204的输入端作为功率变换系统20的输入端，功率变换器204的输出端分别与两个开关单元的第一端相连，两个开关单元的第二端分别作为功率变换系统20两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连。

为了便于说明，可以是将两个开关单元分别命名为：第一开关单元和第二开关单元，其中：第一开关单元和第二开关单元的第一端分别与功率变换器204器的输出端相连，第一开关单元的第二端与碱液制氢系统30的输入电极相连，第二开关单元的第二端与非碱液制氢系统40的输入电极相连。

具体的，各个开关单元可以包括设置在任意一极上的一个开关装置，也可以包括分别设置于两极上的两个开关装置，在此不作具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

在各个开关单元包括设置在任意一极上的一个开关装置(比如图2中的K1和K2)时，各个开关装置的第一端分别与功率变换器204的输出端的一极相连，第二端分别与对应制氢系统的对应电极相连，各个制氢系统的另一电极分别与功率变换器204的输出端的对应极相连。

在各个开关单元包括分别设置于两极上的两个开关装置时，各个开关单元中，一个开关装置的第一端与功率变换器204的输出端正极相连，第二端与对应制氢系统的输入正电极相连，另一个开关装置的第一端与功率变换器204的输出端负极相连，第二端与对应制氢系统的输入负电极相连。

在实际应用中，上述开关装置可以是继电器、接触器、断路器中的任意一种，在此不作具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。当然，该开关单元也可以是其他开关设备，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

两个开关单元的控制端、碱液制氢系统30的通信端及非碱液制氢系统40的通信端，均与功率变换器204的通信端相连。该功率变换器204通过通信端，与该碱液制氢系统30、该非碱液制氢系统40以及两个开关单元进行信息交互，比如功率变换器204将开关控制指令下发至相应开关单元，接收相应制氢系统下发的调节指令等。

(2)该功率变换系统20包括如图3所示的：两个功率变换器(如图3所示的201和202)；其中：

两个功率变换器的输入端并联，连接点作为功率变换系统20的输入端，两个功率变换器的输出端分别作为功率变换系统20的两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连。

为了便于说明，在此，将两个功率变换器分别命名为：第一功率变换器201和第二功率变换器202，其中：第一功率变换器201和第二功率变换器202的输入端分别与新能源发电系统10的输出端相连，第一功率变换器201的输出端与碱液制氢系统30的输入电极相连，第二功率变换器202的输出端与非碱液制氢系统40的输入电极相连。

两个功率变换器的通信端，分别与对应制氢系统的通信端相连，如第一功率变换器201的通信端与碱液制氢系统30的通信端相连，第二功率变换器202的通信端与非碱液制氢系统40的通信端相连；以使两个功率变换器与对应的制氢系统进行通信。两个功率变换器之间采用主从控制，如将第一功率变换器201作为通信主机，第二功率变换器202作为通信从机，或者第二功率变换器202作为通信主机，第一功率变换器201作为通信从机，在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内。通信主机分别与通信从机的控制端相连，在此不作具体限定，能够实现两个功率变换器之间主从控制的连接关系均在本申请的保护范围内。

(3)该功率变换系统20包括如图4所示的：系统控制器203和两个功率变换器(如图4所示的201和202)；其中：

两个功率变换器的输入端并联，连接点作为功率变换系统20的输入端，两个功率变换器的输出端分别作为功率变换系统20的两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连。

具体的，第一功率变换器201和第二功率变换器202的输入端分别与新能源发电系统10的输出端相连，第一功率变换器201的输出端与碱液制氢系统30的输入电极相连，第二功率变换器202的输出端与非碱液制氢系统40的输入电极相连。

两个功率变换器的通信端，分别与对应制氢系统的通信端相连，如第一功率变换器201的通信端与碱液制氢系统30的通信端相连，第二功率变换器202的通信端与非碱液制氢系统40的通信端相连；以使两个功率变换器与对应的制氢系统进行通信，比如接收相应制氢系统下发的调节指令等。两个功率变换器的控制端分别与系统控制器203相连，两个功率变换器通过系统控制器203实现集中控制。

对于上述三种示例结构，在实际应用中，若新能源发电系统10为光伏发电系统，则上述功率变换器为DC/DC变换器，若新能源发电系统10为风力发电系统，则上述功率变换器为AC/DC变换器。该功率变换器可以是隔离拓扑，也可以是非隔离拓扑，在此不作具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内，该功率变换器可以是升压拓扑，也可以是降压拓扑，在此不作具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

功率变换系统20的结构不仅限于上述三种示例结构，能够实现相应功能的结构均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，可以通过对开关单元的控制、两个功率变换器间的主从控制或集中控制来实现碱液制氢系统与非碱液制氢系统的工作切换，并且控制简单，有利于推广使用。

本发明实施例提供了一种新能源复合制氢系统的控制方法，应用于上述任一实施例所述的新能源复合制氢系统的控制器，参见图5，该新能源复合制氢系统的控制方法包括：

S101、判断新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求。

需要说明的是，在新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求时，碱液制氢系统能够充分发挥其优势；而在新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求时，碱液制氢系统不能够充分发挥其优势，还可能造成能量浪费，此时应当避免碱液制氢系统制氢；因此，在控制碱液制氢系统制氢之前，应先判断新能源发电系统的输出能量是否满足碱液制氢系统的制氢要求，以提高制氢经济效益。

在实际应用中，在本步骤S101之前，还可以包括：系统上电后，控制功率变换系统输出能量至非碱液制氢系统，以使非碱液制氢系统制氢。

需要说明的是，一般情况下，在系统开始上电时，新能源发电系统输出能量较低，不能够满足碱液制氢系统的制氢要求，因此，可以先控制非碱液制氢系统制氢，再执行步骤S101。

若新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求，则执行步骤S102。

S102、控制新能源复合制氢系统中的功率变换系统至少为碱液制氢系统提供制氢能量。

需要说明的是，新能源复合制氢系统可以是存在两种制氢模式：一种制氢模式是：非碱液制氢系统制氢模式；另一种制氢模式是：碱液制氢系统制氢模式。在上述两种制氢模式基础上，新能源复合制氢系统还可以存在第三种制氢模式：碱液制氢系统和非液制氢系统共同制氢模式；在此不作具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求，则说明碱液制氢系统在此情况下制氢，不会存在气体纯度下降的问题，能够充分发挥其制氢优势。因此，新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求，则碱液制氢系统制氢，当然，可以是仅碱液制氢系统制氢，也可以是碱液制氢系统制氢和非碱液制氢系统共同制氢，在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

若新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求，则执行步骤S103。

S103、控制新能源复合制氢系统中功率变换系统为新能源复合制氢系统中非碱液制氢系统提供制氢能量。

若新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求，则说明碱液制氢系统在此情况下制氢，会存在气体纯度下降的问题，因此，在此情况下，应当由非碱液制氢系统制氢，以应对新能源发电系统的输出能量较低的情况，充分发挥非碱液制氢系统制氢的动态匹配性能，提高制氢经济效益。

在本实施例中，通过在新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求时，为非碱液制氢系统提供制氢能量；并在新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求时，至少为碱液制氢系统提供制氢能量，进而以非碱液制氢系统代替电池储能实现弱能量区的能量接收，避免能量浪费、提高制氢经济效益，还能避免使用电池而造成的环境污染的问题。

在实际应用中，本发明实施例图5中所涉及步骤S101，参见图6，包括：

S201、根据实时采集得到的新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量信息，进行MPPT运算，确定碱液制氢系统的制氢理论输入值。

MPPT运算是实现对新能源发电系统的最大功率点进行跟踪的算法，其中，该MPPT算法可以是恒压法、扰动观察法和电导增量法中的任意一种，在此不作具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。当然，该MPPT算法也可以是其他对最大功率点进行跟踪的算法，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

上述制氢理论输入值可以是制氢理论输入功率值或制氢理论输入电流值，在此不作具体限定，视实际应用而定即可，均在本申请的保护范围内。

确定碱液制氢系统的制氢理论输入值的目为：将新能源发电系统的输出能量信息转化为碱液制氢系统的具体输入参数，并结合后续步骤判断新能源发电系统的输出能量是否满足碱液制氢系统的制氢要求。

S202、判断制氢理论输入值是否大于碱液制氢系统的制氢最小限制值。

若制氢理论输入值大于碱液制氢系统的制氢最小限制值，则判定新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求；若制氢理论输入值小于等于碱液制氢系统的制氢最小限制值，则判定若新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求。

在实际应用中，该制氢最小限制值应当与该制氢理论输入值对应，如当该制氢理论输入值为制氢理论输入功率值时，该制氢最小限制值为制氢最小限制功率值。此时，本步骤S202的具体过程为：判断制氢理论输入功率值是否大于碱液制氢系统的制氢最小限制功率值，若制氢理论输入功率值大于碱液制氢系统的制氢最小限制功率值，则判定制氢理论输入值大于碱液制氢系统的制氢最小限制值；而若制氢理论输入功率值小于等于碱液制氢系统的制氢最小限制功率值，则判定制氢理论输入值小于等于碱液制氢系统的制氢最小限制值。

或者，该制氢理论输入值为制氢理论输入电流值时，该制氢最小限制值为制氢最小限制电流值，此时，本步骤S202的具体过程为：判断制氢理论输入电流值是否大于碱液制氢系统的制氢最小限制电流值，若制氢理论输入电流值大于碱液制氢系统的制氢最小限制电流值，则判定制氢理论输入值大于碱液制氢系统的制氢最小限制值；而若制氢理论输入电流值小于等于碱液制氢系统的制氢最小限制电流值，则判定制氢理论输入值小于等于碱液制氢系统的制氢最小限制值。其中，该制氢最小限制电流值可以是30％额定电流，也可以是50％额定电流，在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内，当然，该制氢最小限制电流值也可以取其他值，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

确定上述制氢理论输入电流值所采用的公式为：

Uin＝U_limit+(Pmpp*Req)1/2，和，Iin＝Pmpp/Uin。

其中，Uin为制氢理论输入电压值，U_limit为碱液制氢系统的制氢最小限制电压值，Pmpp为制氢理论输入功率值，Req为碱液制氢系统的等效电阻值，Iin为制氢理论输入电流值。

由上述实施例提供的新能源复合制氢系统可知，新能源复合制氢系统中的功率变换系统的结构可以有多种情况，以上述例举的三种情况为例进行说明：第一种情况是：功率变换系统包括两个功率变换器；第二种情况是：功率变换系统包括功率变换器和两个开关单元；第三种情况是：功率变换系统包括系统控制器和两个功率变换器。

当功率变换系统包括功率变换器和两个开关单元时，新能源复合制氢系统的控制器为功率变换器中的控制器，即第二种情况下，由功率变换器中的控制器来执行该新能源复合制氢系统的控制方法。然而，当功率变换系统包括两个功率变换器时，新能源复合制氢系统的控制器为两个功率变换器中的通信主机，或者，新能源复合制氢系统中的系统控制器，即第一种情况下，由各个功率变换器中的通信主机来执行该新能源复合制氢系统的控制方法，第三种情况下，由系统控制器来执行该新能源复合制氢系统的控制方法。

在功率变换系统包括两个功率变换器：为碱液制氢系统提供制氢能量的第一功率变换器，以及，为非碱液制氢系统提供制氢能量的第二功率变换器时，上述实施例图5或6中所涉及的步骤S102具体包括如图7(在此以图6为例进行展示)所示的：

S301、控制第一功率变换器运行、第二功率变换器待机。

控制第一功率变换器以制氢理论输入值为输出参考值运行，并为碱液制氢系统提供制氢能量，碱液制氢系统制氢，其中，该制氢理论输入值为制氢理论输入电流值或制氢理论输入功率值；并且，控制第二功率变换器待机，即第二功率变换器不为非碱液制氢系统提供制氢能量，非碱液制氢系统不制氢。

S302、在制氢理论输入值大于碱液制氢系统的调节指令值或制氢限值时，控制第一功率变换器以调节指令值或制氢限值为输出参考值运行、第二功率变换器以制氢理论输入值减去第一功率变换器的输出参考值的差值为输出参考值运行。

该制氢理论输入值、该调节指令值以及该制氢限值，均为相应的电流值或功率值，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

具体的，在制氢理论输入值大于调节指令值时，第一功率变换器以调节指令值为输出参考值运行时，第二功率变换器以制氢理论输入值减去该调节指令值的差值为输出参考值运行。或者，在制氢理论输入值大于制氢限值时，第一功率变换器以制氢限值为输出参考值运行，第二功率变换器以制氢理论输入值减去该制氢限值的差值为输出参考值运行。

在实际应用中，在制氢理论输入值减去第一功率变换器的输出参考值的差值大于非碱液制氢系统的制氢最大限值时，第二功率变换器以非碱液制氢系统的制氢最大限值作为输出参考值运行，以避免非碱液制氢系统超负荷制氢。

在实际应用中，参见图8(图中未示出步骤S103)，本步骤S302的具体过程包括：

S401、判断第一功率变换器是否接收到调节指令值。

该调节指令值为碱液制氢系统根据自身制氢情况，向第一功率变换器下发的调节指令值，要求第一功率变换器调节自身的输出电流/功率。

若第一功率变换器接收到调节指令值，则执行步骤S402。

S402、判断制氢理论输入值是否大于调节指令值。

若制氢理论输入值大于调节指令值，则控制第一功率变换器以调节指令值为输出参考值运行、第二功率变换器以制氢理论输入值减去调节指令值的差值为输出参考值运行；否则，控制第一功率变换器以制氢理论输入值为输出参考值运行、第二功率变换器待机。

需要说明的是，在制氢理论输入值大于调节指令值时，若制氢理论输入值减去调节指令值的差值大于非碱液制氢系统的制氢最大限值，则第二功率变换器以非碱液制氢系统的制氢最大限值为输出参考值运行。

若第一功率变换器未接收到调节指令值，则步骤S403。

S403、判断制氢理论输入值是否大于制氢限值。

若制氢理论输入值大于制氢限值，则控制第一功率变换器以制氢限值为输出参考值运行、第二功率变换器以制氢理论输入值减去制氢限值的差值为输出参考值运行；否则，控制第一功率变换器以制氢理论输入值为输出参考值运行、第二功率变换器待机。

需要说明的是，在制氢理论输入值大于碱液制氢系统的制氢限值时，若制氢理论输入值减去碱液制氢系统的制氢限值的差值大于非碱液制氢系统的制氢最大限值，则第二功率变换器以非碱液制氢系统的制氢最大限值为输出参考值运行。

该制氢限值的取值根据不同碱液制氢系统容量而定即可，均在本申请的保护范围内。

本实施例中是先执行步骤S401，再执行步骤S403，需要说明的是，上述步骤S401和上述步骤S403也可以同时进行，在此不一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，降低新能源制氢站的投资成本，充分利用新能源弱能量区的能量、最大化经济效益，以及，控制简单、方案容易实现，有利于推广使用。

在此，对新能源复合制氢系统的实际应用场景为：以新能源发电系统为光伏发电系统、非碱液制氢系统为PEM制氢系统的应用场景为例，对该新能源复合制氢系统的控制方法进行说明：

在早晚间或阴雨天的弱光区，只开启PEM制氢系统，以保证能量的充分利用，结合新能源发电系统的波动性及碱液制氢系统的制氢最小限制值的要求，新能源复合制氢系统中可以存在两种制氢模式，也可以存在三种制氢模式。

在新能源复合制氢系统中存在两种制氢模式时，执行第一制氢策略。其中，该两种制氢模式分别为：1、当新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求时，PEM制氢系统制氢；2、当新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求时，切出PEM制氢系统使其停止制氢，并控制碱液制氢系统制氢。

第一制氢策略的具体控制过程如下：

(1)新能源发电系统输出能量，闭合PEM制氢系统(如图2所示的40)对应的开关单元(如图2所示的K2)，断开碱液制氢系统对应的开关单元(如图2所示的K1)，功率变换器204运行，此时，PEM制氢系统制氢，碱液制氢系统停止工作(该步骤以图2所示的结构来进行描述)。

或者，(1)还可以是：第二功率变换器向PEM制氢系统提供制氢能量，PEM制氢系统开始制氢；第一功率变换器待机，碱液制氢系统停止工作(该步骤以图3或4所示的结构来进行描述)。

(2)系统控制器根据MPPT运算，确定最大功率点的功率值，也即制氢理论输入功率值Pmpp，并根据MPPT算法，计算制氢槽理论输入电压值Uin＝U_limit+(Pmpp*Req)1/2，制氢氢理论输入电流值Iin＝Pmpp/Uin，其中，U_limit是碱液制氢系统的最小限制电压值，Req是碱液制氢系统的等效电阻值。

(3)将Iin与碱液制氢系统的最小限制电流值I_limit进行比较。

其中，I_limit1根据实际碱液制氢系统而定，可以是30％额定电流，也可以是50％额定电流，在此不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

(4)当Iin>I_limit时，断开PEM制氢系统对应的开关单元，闭合碱液制氢系统对应的开关单元，以使PEM制氢系统停止制氢，碱液制氢系统开始制氢(该步骤以图2所示的结构来进行描述)。

或者，(4)还可以是：第二功率变换器处于待机状态，第一功率变换器处于工作状态，以使PEM制氢系统停止制氢，碱液制氢系统开始制氢(该步骤以图3或4所示的结构来进行描述)。

(5)当Iin≤I_limit时，PEM制氢系统对应的开关单元保持闭合，碱液制氢系统对应的开关单元保持断开，以使PEM制氢系统保持工作状态(该步骤以图2所示的结构来进行描述)。

或者，(5)还可以是：第二功率变换器保持原工作状态，第一功率变换器处于待机状态，以使PEM制氢系统保持工作状态(该步骤以图3或4所示的结构来进行描述)。

另外，在新能源复合制氢系统中存在三种制氢模式时，执行第二制氢策略。其中，该三种制氢模式分别为：1、当新能源发电系统的输出能量不满足碱液制氢系统的制氢要求时，PEM制氢系统制氢；2、当新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求但不满足碱液制氢系统的制氢限值要求时，切出PEM制氢系统使其停止制氢，并控制碱液制氢系统制氢；3、当新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢限值要求，并且，碱液制氢系统无法消纳新能源发电系统的输出能量时，碱液制氢系统和PEM制氢系统共同制氢，通过PEM制氢系统消纳剩余能量。

第二制氢策略的具体控制过程如下：

(1)在新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求后，碱液制氢系统开始工作。

需要说明的是，在新能源发电系统的输出能量满足碱液制氢系统的制氢要求之前的具体过程和原理与第一制氢策略相同，在此不再一一赘述。

(2)判断第一功率变换器是否接收到碱液制氢系统的调节指令值。

若第一功率变换器接收到碱液制氢系统的调节指令值，则执行步骤(3)，若第一功率变换器未接收到碱液制氢系统的调节指令值，则执行步骤(6)。

(3)将制氢理论输入值与调节指令值进行比较。

如将调节指令电流值Iref与制氢理论输入电流值Iin进行比较，或者将调节指令功率值Pref与制氢理论输入功率值Pmpp进行比较。

(4)制氢理论输入值大于调节指令值时，第一功率变换器以调节指令值作为输出参考值运行，第二功率变换器以制氢理论输入值减去调节指令值的差值为输出参考值运行。

具体的，当Iin>Iref，或者，Pmpp>Pref时，第一功率变换器以Iref或Pref作为输出参考值运行，第二功率变换器以(Iin-Iref)或者(Pmpp-Pref)作为输出参考值运行，碱液制氢系统与PEM制氢系统共同制氢。

(5)制氢理论输入值小于等于调节指令值，如Iin≤Iref，或者，Pmpp≤Pref时，则第一功率变换器以原状态运行，第二功率变换器保持待机状态，PEM制氢系统不工作。

(6)将制氢理论输入值与制氢限值进行比较。

(7)当制氢理论输入值大于制氢限值时，第一功率变换器以制氢限值作为输出参考值运行，第二功率变换器以制氢理论输入值减去制氢限值的差值作为输出参考值运行。

具体的，当Iin>I_limit2，或者，Pmpp>P_limit时，第一功率变换器以I_limit2或P_limit作为输出参考值运行，第二功率变换器以(Iin-I_limit2)或(Pmpp-P_limit)作为输出参考值运行，碱液制氢系统与PEM制氢系统共同制氢。

其中，I_limit2是碱液制氢系统的制氢最大限制电流值，P_limit是碱液制氢系统的制氢最大限制功率值，I_limit2和P_limit的取值根据不同碱液制氢系统容量而定即可，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

(8)当制氢理论输入值小于等于制氢限值，如Iin≤I_limit2，或者，Pmpp≤P_limit时，第一功率变换器保持原工作状态，第二功率变换器保持待机状态，PEM制氢系统不工作。

在新能源发电系统为风力发电系统、非碱液制氢系统为其他制氢系统时，该新能源复合制氢系统的控制方法的过程及工作原理以上述内容相似，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种新能源复合制氢系统，其特征在于，包括：新能源发电系统、功率变换系统、碱液制氢系统及非碱液制氢系统；其中：

所述新能源发电系统的输出端与所述功率变换系统的输入端相连；

所述功率变换系统的输出端，分别与所述碱液制氢系统的输入电极及所述非碱液制氢系统的输入电极相连。

2.根据权利要求1所述的新能源复合制氢系统，其特征在于，所述功率变换系统包括：功率变换器和两个开关单元；其中：

所述功率变换器的输入端作为所述功率变换系统的输入端；

所述功率变换器的输出端分别与两个开关单元的第一端相连；

两个开关单元的第二端分别作为所述功率变换系统两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连；

两个开关单元的控制端、所述碱液制氢系统的通信端及所述非碱液制氢系统的通信端，均与所述功率变换器的通信端相连。

3.根据权利要求1所述的新能源复合制氢系统，其特征在于，所述功率变换系统包括：两个功率变换器；其中：

两个功率变换器的输入端并联，连接点作为所述功率变换系统的输入端；

两个功率变换器的输出端分别作为所述功率变换系统的两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连；

两个功率变换器的通信端，分别与对应制氢系统的通信端相连；

两个功率变换器之间采用主从控制。

4.根据权利要求1所述的新能源复合制氢系统，其特征在于，所述功率变换系统包括：系统控制器和两个功率变换器；其中：

两个功率变换器的输入端并联，连接点作为所述功率变换系统的输入端；

两个功率变换器的输出端分别作为所述功率变换系统的两个输出端，与对应制氢系统的输入电极相连；

两个功率变换器的通信端，分别与对应制氢系统的通信端相连；

两个功率变换器通过所述系统控制器实现集中控制。

5.根据权利要求2-4任一所述的新能源复合制氢系统，其特征在于，若所述新能源发电系统为光伏发电系统，则所述功率变换器为DC/DC变换器；

若所述新能源发电系统为风力发电系统，则所述功率变换器为AC/DC变换器。

6.根据权利要求1-4任一所述的新能源复合制氢系统，其特征在于，所述碱液制氢系统的容量配置大于所述非碱液制氢系统的容量配置。

7.根据权利要求1-4任一所述的新能源复合制氢系统，其特征在于，所述非碱液制氢系统为PEM制氢系统和固体氧化物制氢系统中的至少一个。

8.一种新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任一所述的新能源复合制氢系统的控制器，所述新能源复合制氢系统的控制方法包括：

判断所述新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足所述新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求；

若所述新能源发电系统的输出能量不满足所述碱液制氢系统的制氢要求，则控制所述新能源复合制氢系统中功率变换系统为所述新能源复合制氢系统中非碱液制氢系统提供制氢能量；

若所述新能源发电系统的输出能量满足所述碱液制氢系统的制氢要求，则控制所述功率变换系统至少为所述碱液制氢系统提供制氢能量。

9.根据权利要求8所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，判断所述新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足所述新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求，包括：

根据实时采集得到的所述新能源发电系统的输出能量信息，进行最大功率点跟踪MPPT运算，确定所述碱液制氢系统的制氢理论输入值；

判断所述制氢理论输入值是否大于所述碱液制氢系统的制氢最小限制值；

若所述制氢理论输入值大于所述碱液制氢系统的制氢最小限制值，则判定所述新能源发电系统的输出能量满足所述碱液制氢系统的制氢要求；

若所述制氢理论输入值小于等于所述碱液制氢系统的制氢最小限制值，则判定所述新能源发电系统的输出能量不满足所述碱液制氢系统的制氢要求。

10.根据权利要求9所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，若所述功率变换系统包括两个功率变换器：为所述碱液制氢系统提供制氢能量的第一功率变换器，以及，为所述非碱液制氢系统提供制氢能量的第二功率变换器，则控制所述功率变换系统至少为所述碱液制氢系统提供制氢能量，包括：

先控制所述第一功率变换器运行、所述第二功率变换器待机；

再在所述制氢理论输入值大于所述碱液制氢系统的调节指令值或制氢限值时，控制所述第一功率变换器以所述调节指令值或所述制氢限值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述第一功率变换器的输出参考值的差值为输出参考值运行。

11.根据权利要求10所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，在所述制氢理论输入值大于所述碱液制氢系统的调节指令值或制氢限值时，控制所述第一功率变换器以所述调节指令值或所述制氢限值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述第一功率变换器的输出参考值的差值为输出参考值运行，包括：

判断所述第一功率变换器是否接收到所述调节指令值；

若所述第一功率变换器接收到所述调节指令值，则判断所述制氢理论输入值是否大于所述调节指令值；若大于，则控制所述第一功率变换器以所述调节指令值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述调节指令值的差值为输出参考值运行；否则，控制所述第一功率变换器以所述制氢理论输入值为输出参考值运行、所述第二功率变换器待机；

若所述第一功率变换器未接收到所述调节指令值，则判断所述制氢理论输入值是否大于所述制氢限值；若大于，则控制所述第一功率变换器以所述制氢限值为输出参考值运行、所述第二功率变换器以所述制氢理论输入值减去所述制氢限值的差值为输出参考值运行；否则，控制所述第一功率变换器以所述制氢理论输入值为输出参考值运行、所述第二功率变换器待机。

12.根据权利要求8-11任一所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，在判断所述新能源复合制氢系统中新能源发电系统的输出能量是否满足所述新能源复合制氢系统中碱液制氢系统的制氢要求之前，还包括：

系统上电后，控制所述功率变换系统输出能量至所述非碱液制氢系统。

13.根据权利要求9-11任一所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，所述制氢理论输入值为制氢理论输入功率值时，所述制氢最小限制值为制氢最小限制功率值；

所述制氢理论输入值为制氢理论输入电流值时，所述制氢最小限制值为制氢最小限制电流值；并且，确定所述制氢理论输入电流值所采用的公式为：Uin＝U_limit+(Pmpp*Req)^1/2，和，Iin＝Pmpp/Uin；

其中，Uin为制氢理论输入电压值，U_limit为所述碱液制氢系统的制氢最小限制电压值，Pmpp为制氢理论输入功率值，Req为碱液制氢系统的等效电阻值，Iin为制氢理论输入电流值。

14.根据权利要求10或11所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，所述制氢理论输入值、所述调节指令值以及所述制氢限值，均为相应的电流值或功率值。

15.根据权利要求8-11任一所述的新能源复合制氢系统的控制方法，其特征在于，当所述功率变换系统包括功率变换器和两个开关单元时，所述新能源复合制氢系统的控制器为所述功率变换器中的控制器；

当所述功率变换系统包括两个功率变换器时，所述新能源复合制氢系统的控制器为所述两个功率变换器中的通信主机，或者，所述新能源复合制氢系统中的系统控制器。

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