CN112909988A - 离网型双馈风电机组发电系统、制氢系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离网型双馈风电机组发电系统、制氢系统及其控制方法，该离网型双馈风电机组发电系统的双馈风电机组中双馈发电机定子侧与变压器的第一副边相连；双馈风电机组中逆变器交流侧与变压器的原边相连；双向DC/DC变换器的一侧与电池单元相连，另一侧与双馈风电机组的直流母线相连；第一变流器的直流侧与直流母线相连，交流侧分别连接配电电网及变压器的第二副边，变压器的第二副边用于输出制氢电能；双馈风电机组、第一变流器、双向DC/DC变换器、电池单元以及变压器均受控于控制单元，该系统适用于双馈型风力发电机组，解决了现有技术中必须选用永磁电机的全功率型风力发电机组的整体体积大、成本高的问题。

Description

离网型双馈风电机组发电系统、制氢系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种离网型双馈风电机组发电系统、制氢系统及其控制方法。

背景技术

风电制氢作为一种低碳绿色的制氢方法，常见的离网型风电制氢系统，请参见图1，主要由风力发电单元、整流单元、卸荷单元、储能单元、双向直流变换单元、电压源逆变单元、电解直流变换单元、水电解槽以及集控单元等部分构成。其中，风力发电单元将风能转化成电能，然后通过整流单元将风力发电单元输出的交流电转换成直流电；由双向直流变换单元结合储能单元平滑整流单元输出的电功率，并跟踪风力发电单元最大风能利用效率；电解直流变换单元将公共直流母线电压转变成满足水电解槽工作条件的直流电压，使水电解槽能够将电能转变氢能；另外，还通过电压源逆变单元结合储能单元承担系统运行辅助供电电能；且，当公共直流母线电压超过设定值时，通过卸荷单元起到公共直流母线过压保护作用；图1中的集控单元为离网型风电制氢转换系统的控制核心。

但是，该离网型风电制氢转换系统，仅适用于全功率型风力发电机组。而全功率型风力发电机组中的永磁电机体积重量较大，成本较高，进而导致了风电制氢系统的整体体积大、成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种离网型双馈风电机组发电系统、制氢系统及其控制方法，以解决现有离网型风电制氢系统的整体体积大、成本高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面公开了一种离网型双馈风电机组发电系统，包括：双馈风电机组、第一变流器、双向DC/DC变换器、电池单元、变压器以及控制单元；其中，

所述双馈风电机组中双馈发电机定子侧与所述变压器的第一副边相连；

所述双馈风电机组中逆变器交流侧与所述变压器的原边相连；

所述双向DC/DC变换器的一侧与所述电池单元相连，另一侧与所述双馈风电机组的直流母线相连；

所述第一变流器的直流侧与所述直流母线相连，交流侧分别连接配电电网及所述变压器的第二副边，所述变压器的第二副边用于输出制氢电能；

所述双馈风电机组、所述第一变流器、所述双向DC/DC变换器、所述电池单元以及所述变压器均受控于所述控制单元。

可选地，在上述离网型双馈风电机组发电系统中，所述双馈风电机组包括：

所述双馈发电机、第二变流器、所述逆变器、第二开关、第三开关及第四开关；其中，

所述双馈发电机的定子侧通过所述第二开关与所述变压器的第一副边相连，转子侧通过所述第三开关与所述第二变流器的交流侧相连；

所述第二变流器的直流侧和所述逆变器的直流侧均与所述直流母线相连，所述逆变器的交流侧通过所述第四开关与所述变压器的原边相连；

所述第二变流器、所述逆变器、所述第二开关、所述第三开关及所述第四开关均受控于所述控制单元。

可选地，在上述离网型双馈风电机组发电系统中，还包括：设置于所述第一变流器交流侧与所述配电电网之间的第五开关，以及设置于所述第一变流器交流侧与所述变压器第二副边之间的第六开关；其中，所述第五开关和所述第六开关的通断均受控于所述控制单元。

可选地，在上述离网型双馈风电机组发电系统中，还包括：设置于所述双向DC/DC变换器与所述电池单元之间的第七开关；其中，所述第七开关的通断受控于所述控制单元。

可选地，在上述离网型双馈风电机组发电系统中，所述变压器为双分裂变压器或者具有隔离功能的变压器。

本发明第二方面公开了一种离网型双馈风电机组制氢系统，包括：第一开关、制氢单元以及如上述任一所述的离网型双馈风电机组发电系统；

其中，所述第一开关的一端与所述离网型双馈风电机组发电系统中变压器的第二副边相连，用于接收所述变压器的第二副边输出的制氢电能，另一端与所述制氢单元相连；

所述第一开关和所述制氢单元均受控于所述离网型双馈风电机组发电系统中的控制单元。

可选地，在上述离网型双馈风电机组制氢系统中，所述制氢单元，包括：

第三变流器、储气装置以及至少一个电解槽；其中，所述第三变流器的交流侧通过所述第一开关与所述变压器的第二副边相连，所述第三变流器的直流侧与所述电解槽的供电端相连，所述电解槽的气体输出端口与所述储气装置的输入端对应相连；

所述第三变流器、储气装置以及所述电解槽均受控于所述离网型双馈风电机组发电系统中的控制单元。

本发明第三方面公开了一种离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，应用于如上述第二方面公开的离网型双馈风电机组制氢系统中的控制单元，所述控制方法包括：

根据风况检测信息，确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态；

根据所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，控制所述离网型双馈风电机组制氢系统中的第一变流器或双向DC/DC变换器为所述离网型双馈风电机组制氢系统中双馈风电机组的直流母线提供稳定电压。

可选地，在上述的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法中，所述根据风况检测信息，确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，包括：

根据所述风况检测信息，判断当前风况是否满足所述双馈风电机组中双馈发电机的待机条件、启动条件、并网运行条件及停机条件中的任意一个；

若当前风况满足所述待机条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态；

或者，若所述当前风况满足所述启动条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态；

又或者，若所述当前风况满足所述并网运行条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态；

再或者，若所述当前风况满足所述停机条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态。

可选地，在上述的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法中，所述根据所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，控制所述离网型双馈风电机组制氢系统中的第一变流器或双向DC/DC变换器为所述离网型双馈风电机组制氢系统中双馈风电机组的直流母线提供稳定电压，包括：

若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态，则控制所述第一变流器接收配电电网的电能、为所述直流母线提供稳定电压；

或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态，则控制所述双向DC/DC变换器接收所述离网型双馈风电机组制氢系统中电池单元的电能、为所述直流母线提供稳定电压；

又或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态，则控制所述第一变流器进行所述直流母线与所述第二副边之间一个方向上的电能变换、为所述直流母线提供稳定电压；

再或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态，则控制所述双向DC/DC变换器接收所述电池单元的电能、为所述直流母线提供稳定电压。

可选地，在上述的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法中，所述双馈风电机组包括：所述双馈发电机、第二变流器、逆变器、第二开关、第三开关及第四开关，所述制氢单元包括：第三变流器、储气装置及至少一个电解槽时，所述离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，在根据风况检测信息，确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态之后，还包括：

若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态，则在所述直流母线的电压稳定之后，控制所述双向DC/DC变换器对所述电池单元进行充电；

或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态，则在所述直流母线的电压稳定之后，控制所述逆变器运行；并在所述双馈发电机的转速达到预设转速之后，控制所述第二变流器励磁；在所述双馈发电机的定子电压等于所述变压器的第一副边电压之后，控制所述第二开关闭合，实现所述双馈发电机定子并网，进而控制所述第三变流器空载启动；

又或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态，则调整所述双向DC/DC变换器的工作状态，以辅助所述直流母线的电压稳定并维持自身的电量；对所述第二变流器进行转矩环控制、控制所述逆变器进入电压源运行模式、控制所述第三变流器处于电压/功率给定运行状态；

再或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态，则在所述直流母线的电压稳定之前，控制所述第二变流器的给定转矩为0、所述第一变流器的给定电压/功率为0；并在所述直流母线的电压稳定之后，控制所述第二开关断开、所述第一变流器和第二变流器停机，然后控制所述逆变器停机、所述双向DC/DC变换器停机、所述直流母线放电。

基于上述本发明实施例提供的离网型双馈风电机组发电系统，包括：双馈风电机组、第一变流器、双向DC/DC变换器、电池单元、变压器以及控制单元；其中，双馈风电机组中双馈发电机定子侧与变压器的第一副边相连；双馈风电机组中逆变器交流侧与变压器的原边相连；双向DC/DC变换器的一侧与电池单元相连，另一侧与双馈风电机组的直流母线相连；第一变流器的直流侧与直流母线相连，交流侧分别连接配电电网及变压器的第二副边，变压器的第二副边用于输出制氢电能；双馈风电机组、第一变流器、双向DC/DC变换器、电池单元以及变压器均受控于控制单元，该系统适用于双馈型风力发电机组，解决了现有技术中必须选用永磁电机的全功率型风力发电机组的整体体积大、成本高的问题；再者，该系统中无需增设卸荷单元，更进一步降低了整个系统的造价及运行成本。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的一种离网型风电制氢系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种离网型双馈风电机组发电系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种离网型双馈风电机组制氢系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本申请提供了一种离网型双馈风电机组发电系统，以解决现有离网型风电制氢系统的整体体积大、成本高的问题。

请参见图2，该离网型双馈风电机组制氢系统，包括：双馈风电机组101、第一变流器102、双向DC/DC变换器103、电池单元104、变压器105以及控制单元107；其中，

双馈风电机组101中双馈发电机108定子侧与变压器105的第一副边相连。

双馈风电机组101中逆变器110交流侧与变压器105的原边相连。

该双馈风电机组101为离网型双馈放电机组制氢系统中的发电单元，用于将风能转化成电能。该变压器105用于将双馈风电机组101输出的电压进行变压，输出稳定电压的电能以供后级的设备、器件正常运行工作，以及供给第一变流器102从变压器105吸收能量，为直流母线提供母线电压。在实际应用中，变压器105可以是双分裂变压器或者具有隔离功能的变压器，当然，还可以是其他类型的变压器，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围。

具体的，该双馈风电机组101包括：双馈发电机108、第二变流器109、逆变器110、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4。其中：

双馈发电机108的定子侧通过第二开关K2与变压器105的第一副边相连，转子侧通过第三开关K3与第二变流器109的交流侧相连。

在实际应用中，可通过控制第二开关K2通断，控制双馈发电机108定子并网或者离网。

第二变流器109的直流侧和逆变器110的直流侧均与直流母线相连，逆变器110的交流侧通过第四开关K4与变压器105的原边相连。

双向DC/DC变换器103的一侧与电池单元104相连，另一侧与双馈风电机组101的直流母线相连。通过该双向DC/DC变换器103，可以将电池单元104所存储的电能转换成直流母线所需电压，也可以将直流母线上的电压转换成可供电池单元104充电的电压。

第一变流器102的直流侧与直流母线相连，交流侧分别连接配电电网及变压器105的第二副边，变压器105的第二副边用于输出制氢电能。若是第一变流器102交流侧连接配电电网的回路处于导通状态，则可以通过配电电网，为该直流母线提供母线电压，还可以进一步通过双向DC/DC变换器103为电池单元104进行充电。若是第一变流器102交流侧连接变压器105第二副边的回路处于导通状态，则可以通过变压器105第二副边输出的电压，为直流母线提供母线电压，或者，将直流母线上的电能传输至变压器105第二副边。

第二变流器109、逆变器110、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4均受控于控制单元107。

在实际应用中，当第二变流器109、逆变器110、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4接收到控制单元107下发的控制指令后，响应该控制指令，控制自身执行相应的动作。

双馈风电机组101、第一变流器102、双向DC/DC变换器103、电池单元104以及变压器105均受控于控制单元107。

需要说明的是，控制单元107为离网型双馈风电机组制氢系统的控制中心，用于协调控制双馈风电机组101中各个器件、第一变流器102、双向DC/DC变换器103、电池单元104以及变压器105的工作状态，完成对离网型双馈风电机组制氢系统的稳定电能输出，实现高效的电解制氢。

在本实施例中，该系统中双馈风电机组101的双馈发电机108为异步电机，相较于现有技术中必须选用永磁电机作为发电机，本申请提供的系统体积更小、成本更低；再者，相较于图1示出的现有技术方案，本申请所提供的系统无需增设卸荷单元，更进一步降低了整个系统的造价及运行成本。

可选地，同样参见图2，在本申请提供的另一离网型双馈风电机组发电系统，还包括：设置于第一变流器102交流侧与配电电网之间的第五开关K5，以及设置于第一变流器101交流侧与变流器105第二副边之间的第六开关K6。

其中，第五开关K5和第六开关K6的通断均受控于控制单元107。

需要说明的是，通过控制第五开关K5的通断，达到控制第一变流器102与配电电网之间回路的通断的目的。具体的，若是第五开关K5闭合，则第一变流器102与配电电路之间的回路导通，第一变流器102为直流母线提供母线电压。

同理，通过控制第六开关K6的通断，达到控制第一变流器102与变压器105之间回路的通断的目的。具体的，若是第六开关K6闭合，则第一变流器102的交流侧与变压器105的第二副边之间回路导通，第一变流器102实现并网。

在系统中增设第五开关K5和第六开关K6后，可以直接通过控制单元107控制第五开关K5和第六开关K6的通断，达到控制第一变流器102与配电电网之间回路的通断以及第一变流器102与变压器105之间回路的通断的目的，降低了控制单元107的控制难度。

可选地，同样参见图2，在本申请提供的另一离网型双馈风电机组发电系统，还包括：设置于双向DC/DC变换器103与电池单元104之间的第七开关K7；

其中，第七开关K7的通断受控于所述控制单元107。

需要说明的是，通过控制第七开关K7的通断，达到控制电池单元104与双向DC/DC变换器103之间回路通断的目的，也同样降低了控制单元107的控制难度。

在图2的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种离网型双馈风电机组制氢系统。请参见图3，该离网型双馈风电机组制氢系统包括：第一开关K1、制氢单元106以及如图2所述的离网型双馈风电机组发电系统。

其中，第一开关K1的一端与离网型双馈风电机组发电系统中变压器105的第二副边相连，用于接收变压器105的第二副边输出的制氢电能，另一端与制氢单元106相连。

在实际应用中，制氢单元106的制氢供电端通过第一开关K1与变压器105的第二副边相连。制氢单元106接收变压器105第二副边输出的制氢电能，并将该电能用于制氢消耗。

第一开关K1和制氢单元106均受控于离网型双馈风电机组发电系统中的控制单元107。

在实际应用中，第一开关K1和制氢单元106可与离网型双馈风电机组发电系统共享一套控制系统，用同一控制单元107。具体的，第一开关K1和制氢单元106用于接收控制单元107下发的控制指令，并响应该控制指令，及执行相应操作。

具体的，该制氢单元106包括：第三变流器111、储气装置(包括图中示出的储氢装置113以及未示出的储氧装置)及至少一个电解槽(图中以水电解槽112为例)。其中，第三变流器111的交流侧作为制氢单元106的制氢供电端、通过第一开关K1与变压器105的第二副边相连，第三变流器111的直流侧与电解槽的供电端相连，电解槽的气体输出端口与储气装置的输入端对应相连。第三变流器111直流侧接收到变压器105第二副边输出的制氢电能后，将变压器105输出的交流电能转换成可供电解槽执行电解制氢操作的直流电能；经过电解槽电解制氢后，得到氢气和氧气，将所得到的氢气和氧气通过相应的气体管道，存储于储气装置中。在实际应用中，该电解槽的气体输出端口通过相应的气体管道，与储气装置中对应气体储藏装置的输入端相连。

需要说的是，离网型双馈风电机组发电系统的相关说明，可参见图2对应实施例，此处不再赘述。

在本实施例中，网型双馈风电机组制氢系统中双馈风电机组101的双馈发电机108为异步电机，相较于现有技术中必须选用永磁电机作为发电机，本申请提供的系统体积更小、成本更低；再者，相较于图1示出的现有技术方案，本申请所提供的系统无需增设卸荷单元，更进一步降低了整个系统的造价及运行成本。

值得说明的是，图1所示的现有技术方案，通过卸荷单元对风力发电产生的多余能量进行卸荷，若风机长时间发电过剩，还容易导致卸荷单元过热失效，而本申请提供的离网型双馈风电机组制氢系统无需增设卸荷单元，避免了风机长时间发电过程导致的卸荷单元过热失效。再者，图1所示的现有技术方案中，系统控制供电的方式为：通过电压源逆变单元将储能单元电能进行转换；其储能单元能量来源于系统高压直流侧，因此储能单元经常同时执行充电与放电动作，对电池单元寿命影响大。而本申请提供的方案，当电池单元104电量低于充电预设值时，执行为电池单元104充电操作，此时由配电电网为直流母线提供电压，当电池单元104完成充电后，转换成由电池单元104为系统供电，避免了电池单元104同时充电和放电，降低了对电池单元104的使用寿命的影响。

本申请另一实施例，还提供了一种离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，应用于离网型双馈风电机组制氢系统中的控制单元，请参见图4，该控制方法主要包括以下步骤：

S101、根据风况检测信息，确定离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态。

需要说明的是，离网型双馈风电机组制氢系统中的双馈发电机的运行状态与风况有关。离网型双馈风电机组制氢系统中其他单元、器件的运行状态主要依据双馈发电机的运行状态，执行相应的动作，配合双馈发电机完成一系列制氢所需操作。因此，离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态与双馈发电机的运行状态有关，可用双馈发电机的运行状态表征离网型双馈风电机组制氢系统的状态。

风况为环境中风向和风速的情况，风况检测信号是对风况进行检测之后所得到的信息。在实际应用中，可以根据风速传感器或者风况检测设备，得到风况检测信息，或者，实时与气象系统通讯，获得风况监测信息；本申请对获得该风况检测信息的方式不作具体限定，均属于本申请的保护范围。

步骤S101具体可以是：根据风况检测信息，判断当前风况是否满足双馈风电机组中双馈发电机的待机条件、启动条件、并网运行条件及停机条件中的任意一个；然后：

(1)若当前风况满足待机条件，则确定离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态。

其中，若当前风速未达到双馈发电机的启机风速，或者，双馈发电机的风车处于自由转动状态，则确定当前风况满足待机条件。

实际应用中，可通过实时检测电池电量的方式，在判断出电池电量低于充电预设值时，实时对电池单元执行充电操作。

(2)若当前风况满足启动条件，则确定离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态。

比如，若当前风况达到双馈发电机的启机风速，则确定当前风况满足双馈发电机的启动条件。

(3)若当前风况满足并网运行条件，则确定离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态。

比如，若当前风况能使双馈发电机的风车转速达到并网转速，则确定出当前风况满足并网运行条件。

(4)若当前风况满足停机条件，则确定离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态。

其中，若当前风况中的风速超出正常运行范围时，比如逐渐降低到小于启机风速时，双馈风电机组按预设程序自动解列，进入停机状态。

需要说明的是，待机条件、启动条件、并网运行条件以及停机条件所需的具体条件可根据系统的应用环境和用户需求自行设定，本申请不作具体限定。

S102、根据离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，控制离网型双馈风电机组制氢系统中的第一变流器或双向DC/DC变换器为离网型双馈风电机组制氢系统中双馈风电机组的直流母线提供稳定电压。

以图3所示结构为例进行说明：

具体的，若是离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态，则控制第一变流器102接收配电电网的电能、为直流母线提供稳定电压。

在实际应用中，在第一变流器102交流侧接收配电电网的电压并将该电压进行转换，为直流母线提供稳定电压之后，调整与电池单元104相连的双向DC/DC变换器103的运行状态，从直流母线电压取电为电池单元104充电。

若是离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态，则控制双向DC/DC变换器103接收电池单元104的电能、为直流母线提供稳定电压。

在实际应用中，当判断出当前风况满足双馈风电机组的启动条件时，也即满足双馈发电机的启动条件时，离网型双馈风电机组制氢系统进入启动状态。首先控制单元107控制设置于双向DC/DC变换器103与电池单元104之间的第七开关K7闭合，进而控制双向DC/DC变换器103将电池单元104的电能进行转换，为直流母线电压提供稳定电压。

若是离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态，则控制第一变流器102进行直流母线与第二副边之间一个方向上的电能变换、为直流母线提供稳定电压。

离网型双馈风电机组制氢系统处于并网运行状态时，均由变压器105的第二副边为直流母线提供稳定电压，以实现对系统中有功电流或者无功电流的四象限控制。

具体的，当双馈发电机108的定子转速和转子转速处于同步状态，第一变流器102工作于整流模式，第一变流器102从变压器的第二副边吸收能量。当双馈发电机108的定子转速和转子转速处于超同步状态，第一变流器102工作于逆变模式，第一变流器102向变压器105的第二副边馈送能量。

若是离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态，则控制双向DC/DC变换器103接收电池单元104的电能、为直流母线提供稳定电压。

在实际应用中，离网型双馈风电机组制氢系统进入停机状态直至结束停机，均由双向DC/DC变换器103接收电池单元104的电能，并将该电能转换后为直流母线提供稳定电压。

本实施例提供的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，应用于上述实施例提供的离网型双馈风电机组制氢系统中的控制单元，由于离网型双馈风电机组制氢系统适用于双馈型风力发电机组，所选用的电机为异步电机，相较于选用永磁电机体积更小、成本更低。所以在系统体积更小、成本更低的基础之上，本实施例详细还阐述了该控制方法应用于离网型双馈风电机组制氢系统的具体应用过程，便于技术人员直观有效使用本发明提供的控制方法。

可选地，如图3所示的离网型双馈风电机组制氢系统，其双馈风电机组101包括：双馈发电机108、第二变流器109、逆变器110、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4，制氢单元106包括：第三变流器111、储气装置(包括图中示出的储氢装置113以及未示出的储氧装置)及至少一个电解槽(图中以水电解槽112为例)，此时，该离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，在执行步骤S101根据风况检测信息，确定离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态之后，还包括以下步骤：

(1)若离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态，则在直流母线的电压稳定之后，控制双向DC/DC变换器103对电池单元104进行充电。

需要说明的是，控制双向DC/DC变换器103对电池单元104进行充电的具体过程，可参见图2对应的实施例，此处不再赘述。

(2)若离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态，则在直流母线电压的电压稳定之后，控制双馈风电机组101中的逆变器110运行，并在双馈发电机108的转速达到预设转速之后，控制第二变流器109励磁；在双馈发电机108的定子电压等于变压器105的第一副边电压之后，控制第二开关K2闭合，实现双馈发电机108定子并网，进而控制制氢单元106中的第三变流器111空载启动。

具体的，首先控制设置于逆变器110与变压器105之间的第四开关K4闭合，也即控制逆变器110通过第四开关K4与变压器105的原边连接，建立电压和频率可控的交流电压，并以变压器105的第一副边所感应出的电压作为双馈发电机定子的并网交流电压；预设转速为并网切入转速，在双馈发电机108的转速达到并网切入转速之后，控制第二变流器109对双馈发电机108的转子进行励磁，使得定子输出的空载电压幅值、相位、频率与逆变器输出的电压相同，也即使双馈发电机108的定子电压等于变压器105的第一副边电压；进而控制第二开关K2闭合，使得双馈发电机108的定子绕组连接至变压器105的第一副边，实现双馈发电机108定子并网，最后控制制氢单元106中的第三变流器111空载启动，建立稳定的直流电压输出初始值，为水电解槽112制氢做启动准备。

(3)若离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态，则调整双向DC/DC变换器103的工作状态，以辅助直流母线的电压稳定并维持自身的电量；对第二变流器109进行转矩环控制、控制逆变器110进入电压源运行模式、控制第三变流器111电压处于电压/功率给定运行状态。

具体的，当离网型双馈风电机组制氢系统进入并网制氢状态之后，控制单元107根据当前风速和制氢单元106实时能耗，计算出双馈发电机108的转矩电流给定信号，第一变流器102根据转矩电流给定信号对双馈风电机组101中的电流实现转矩环控制；控制逆变器110进入电压源工作模式，向变压器105输出稳定的三相交流电压，以及根据双馈发电机108的发出功率和系统转化效率曲线，计算出制氢单元106实时能耗的功率值，进而依据该实时能耗的功率值得出第三变流器111输出电压/功率的给定值，控制变压器105的第二副边输出相应的电压或者功率。

更进一步的，系统进入制氢状态之后，电池单元104和双向DC/DC变换器103处于备用状态。具体的，可根据第一变流器102稳定直流母线的电压情况确定电池单元104所处状态。其中，电池单元104的状态分别为：放电状态、充电状态或者待机状态。第三变流器111处于整流模式，实时从变压器105的第二副边抽取双馈发电机组101馈送的能量，以保证第三变流器111工作于输出电压闭环控制或者功率闭环控制状态。

(4)若离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态，则在直流母线的电压稳定之前，控制第二变流器109的给定转矩为0、第一变流器102的给定电压/功率为0；并在直流母线的电压稳定之后，控制第二开关K2断开、第一变流器102和第二变流器109停机，然后控制逆变器110停机、双向DC/DC变换器103停机、直流母线放电。

具体的，当进入停机状态之后，控制第二变流器109逐渐变为空载并网运行状态，第二变流器109的给定转矩为0、控制第一变流器102输出的给定电压/功率为0；并控制设置于第二变流器109与变压器105之间的第二开关K2断开，使得双馈发电机108的定子从变压器105的第一副边离网，同时控制第一变流器102和第二变流器109停机，进而控制逆变器110停机，最后控制双向DC/DC变换器103停机，直流母线放电。

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。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

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 (11)

1.一种离网型双馈风电机组发电系统，其特征在于，包括：双馈风电机组、第一变流器、双向DC/DC变换器、电池单元、变压器以及控制单元；其中，

所述双馈风电机组中双馈发电机定子侧与所述变压器的第一副边相连；

所述双馈风电机组中逆变器交流侧与所述变压器的原边相连；

所述双向DC/DC变换器的一侧与所述电池单元相连，另一侧与所述双馈风电机组的直流母线相连；

所述第一变流器的直流侧与所述直流母线相连，交流侧分别连接配电电网及所述变压器的第二副边，所述变压器的第二副边用于输出制氢电能；

所述双馈风电机组、所述第一变流器、所述双向DC/DC变换器、所述电池单元以及所述变压器均受控于所述控制单元。

2.根据权利要求1所述的离网型双馈风电机组发电系统，其特征在于，所述双馈风电机组包括：

所述双馈发电机、第二变流器、所述逆变器、第二开关、第三开关及第四开关；其中，

所述双馈发电机的定子侧通过所述第二开关与所述变压器的第一副边相连，转子侧通过所述第三开关与所述第二变流器的交流侧相连；

所述第二变流器的直流侧和所述逆变器的直流侧均与所述直流母线相连，所述逆变器的交流侧通过所述第四开关与所述变压器的原边相连；

所述第二变流器、所述逆变器、所述第二开关、所述第三开关及所述第四开关均受控于所述控制单元。

3.根据权利要求1所述的离网型双馈风电机组发电系统，其特征在于，还包括：设置于所述第一变流器交流侧与所述配电电网之间的第五开关，以及设置于所述第一变流器交流侧与所述变压器第二副边之间的第六开关；其中，所述第五开关和所述第六开关的通断均受控于所述控制单元。

4.根据权利要求1所述的离网型双馈风电机组发电系统，其特征在于，还包括：设置于所述双向DC/DC变换器与所述电池单元之间的第七开关；其中，所述第七开关的通断受控于所述控制单元。

5.根据权利要求1-4任一所述的离网型双馈风电机组发电系统，其特征在于，所述变压器为双分裂变压器或者具有隔离功能的变压器。

6.一种离网型双馈风电机组制氢系统，其特征在于，包括：

第一开关、制氢单元以及如上述权利要求1-5任一所述的离网型双馈风电机组发电系统；

其中，所述第一开关的一端与所述离网型双馈风电机组发电系统中变压器的第二副边相连，用于接收所述变压器的第二副边输出的制氢电能，另一端与所述制氢单元相连；

所述第一开关和所述制氢单元均受控于所述离网型双馈风电机组发电系统中的控制单元。

7.根据权利要求6所述的离网型双馈风电机组制氢系统，其特征在于，所述制氢单元，包括：

第三变流器、储气装置以及至少一个电解槽；其中，所述第三变流器的交流侧通过所述第一开关与所述变压器的第二副边相连，所述第三变流器的直流侧与所述电解槽的供电端相连，所述电解槽的气体输出端口与所述储气装置的输入端对应相连；

所述第三变流器、储气装置以及所述电解槽均受控于所述离网型双馈风电机组发电系统中的控制单元。

8.一种离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，其特征在于，应用于如上述权利要求6-7任一所述的离网型双馈风电机组制氢系统中的控制单元，所述控制方法包括：

根据风况检测信息，确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态；

根据所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，控制所述离网型双馈风电机组制氢系统中的第一变流器或双向DC/DC变换器为所述离网型双馈风电机组制氢系统中双馈风电机组的直流母线提供稳定电压。

9.根据权利要求8所述的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，其特征在于，所述根据风况检测信息，确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，包括：

根据所述风况检测信息，判断当前风况是否满足所述双馈风电机组中双馈发电机的待机条件、启动条件、并网运行条件及停机条件中的任意一个；

若当前风况满足所述待机条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态；

或者，若所述当前风况满足所述启动条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态；

又或者，若所述当前风况满足所述并网运行条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态；

再或者，若所述当前风况满足所述停机条件，则确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态。

10.根据权利要求9所述的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态，控制所述离网型双馈风电机组制氢系统中的第一变流器或双向DC/DC变换器为所述离网型双馈风电机组制氢系统中双馈风电机组的直流母线提供稳定电压，包括：

若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态，则控制所述第一变流器接收配电电网的电能、为所述直流母线提供稳定电压；

或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态，则控制所述双向DC/DC变换器接收所述离网型双馈风电机组制氢系统中电池单元的电能、为所述直流母线提供稳定电压；

又或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态，则控制所述第一变流器进行所述直流母线与所述第二副边之间一个方向上的电能变换、为所述直流母线提供稳定电压；

再或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态，则控制所述双向DC/DC变换器接收所述电池单元的电能、为所述直流母线提供稳定电压。

11.根据权利要求10所述的离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，其特征在于，所述双馈风电机组包括：所述双馈发电机、第二变流器、逆变器、第二开关、第三开关及第四开关，所述制氢单元包括：第三变流器、储气装置及至少一个电解槽时，所述离网型双馈风电机组制氢系统的控制方法，在根据风况检测信息，确定所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态之后，还包括：

若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为电池电量补充状态，则在所述直流母线的电压稳定之后，控制所述双向DC/DC变换器对所述电池单元进行充电；

或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为启动状态，则在所述直流母线的电压稳定之后，控制所述逆变器运行；并在所述双馈发电机的转速达到预设转速之后，控制所述第二变流器励磁；在所述双馈发电机的定子电压等于所述变压器的第一副边电压之后，控制所述第二开关闭合，实现所述双馈发电机定子并网，进而控制所述第三变流器空载启动；

又或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为并网制氢状态，则调整所述双向DC/DC变换器的工作状态，以辅助所述直流母线的电压稳定并维持自身的电量；对所述第二变流器进行转矩环控制、控制所述逆变器进入电压源运行模式、控制所述第三变流器处于电压/功率给定运行状态；

再或者，若所述离网型双馈风电机组制氢系统需要进入的状态为停机状态，则在所述直流母线的电压稳定之前，控制所述第二变流器的给定转矩为0、所述第一变流器的给定电压/功率为0；并在所述直流母线的电压稳定之后，控制所述第二开关断开、所述第一变流器和第二变流器停机，然后控制所述逆变器停机、所述双向DC/DC变换器停机、所述直流母线放电。

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