CN112994056A - 离网型发电系统及其控制方法和应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离网型发电系统及其控制方法和应用系统，该系统中发电单元的输出端与机侧变换器的输入侧相连；DC/DC双向变换器的一侧与储能装置相连，DC/DC双向变换器的另一侧、第一DC/DC变换器的输入侧、DC/AC逆变器的直流侧以及机侧变换器的输出侧均与直流母线相连；由于该系统的机侧变换器的容量等于第一DC/DC变换器所连接制氢系统的满载功率，所以只有在机侧变换器以最大功率进行输出时，才能够使制氢系统满负荷制氢，也即系统不会存在风机发电过剩的情况、无需增设卸荷单元和对系统进行功率限定，进而避免了能量损失和浪费。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种离网型发电系统及其控制方法和应用系统。
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，通过卸荷单元对风力发电产生多余能量进行卸荷，若长时间风机发电过剩，容易造成卸荷单元过热失效，再者，卸荷单元所卸的能量，会造成系统的能量损失。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种离网型发电系统及其控制方法和应用系统，以解决现有离网型风电制氢系统中通过卸荷单元对系统产生的多余能量进行卸荷，造成的系统能量损失以及卸荷单元容易过热失效的问题。
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发电系统，包括：发电单元、第一DC/DC变换器、DC/DC双向变换器、DC/AC逆变器、储能装置、控制系统以及机侧变换器；其中，
所述发电单元的输出端与所述机侧变换器的输入侧相连；
所述DC/DC双向变换器的一侧与所述储能装置相连，所述DC/DC双向变换器的另一侧、所述第一DC/DC变换器的输入侧、所述DC/AC逆变器的直流侧以及所述机侧变换器的输出侧均与所述直流母线相连；
所述第一DC/DC变换器用于将直流母线上的电压转换为制氢所需电压，并通过所述第一DC/DC变换器的输出侧输出；
所述机侧变换器的容量等于所述第一DC/DC变换器所连接制氢系统的满载功率；
所述发电单元、所述储能装置、所述第一DC/DC变换器、所述DC/DC双向变换器、所述DC/AC逆变器以及所述机侧变换器均受控于所述控制系统。
可选地，在上述的离网型发电系统中，所述DC/AC逆变器用于将所述直流母线上的电压转换为市电，为所述离网型发电系统的各个用电设备供电。
可选地，在上述的离网型发电系统中，所述发电单元为风力发电机组；所述风力发电机组包括：风力机和发电机，所述发电机为永磁同步发电机、电励磁同步发电机或异步发电机中的任意一种；
所述机侧变换器为AC/DC整流器。
可选地，在上述的离网型发电系统中，所述控制系统包括：储能系统检测单元、主控单元、变桨偏航控制单元、变流控制单元以及配电控制单元；
其中，所述储能系统检测单元、所述变桨偏航控制单元、所述变流控制单元以及所述配电控制单元均与所述主控单元相连。
可选地，在上述的离网型发电系统中，若所述发电机为电励磁同步发电机或者异步发电机，则所述离网型发电系统还包括：设置于所述发电机定子侧的励磁变压器。
可选地，在上述的离网型发电系统中，所述发电单元为光伏阵列；
所述机侧变换器为第二DC/DC变换器。
本发明第二方面公开了一种离网型发电制氢系统，包括：储气装置、至少一个水电解槽以及如上述第一方面公开的所述的离网型发电系统；其中，
所述水电解槽的气体输出端与所述储气装置相连，所述水电解槽的制氢供电端连接于所述离网型发电系统中第一DC/DC变换器的输出侧；
所述水电解槽用于接收所述第一DC/DC变换器输出的制氢所需电压，以供自身制氢，并将制氢所产的氢气和氧气存储至所述储气装置中。
可选地，在上述的离网型发电制氢系统中，还包括：储氢系统检测单元，所述储氢系统检测单元的通信端与所述离网型发电系统中控制系统的主控单元相连。
本发明第三方面公开了一种离网型发电系统的控制方法，应用于如上述第一方面公开的离网型发电系统中的控制系统，所述方法包括：
判断当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求；
若当前风速满足所述风力发电机组的启机要求，则控制所述离网型发电系统中的第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，以使所述机侧变换器以最大功率进行输出。
可选地，在上述的离网型发电系统的控制方法中，若当前风速不满足所述风力发电机组的启机要求，则控制所述离网型发电系统中的储能装置通过DC/DC双向变换器向所述离网型发电系统中直流母线提供电能，以供所述DC/AC逆变器为用电设备供电，并在所述储能装置的当前电量满足预设电量要求时，通过所述第一DC/DC变换器进行制氢供电。
可选地，在上述的离网型发电系统的控制方法中，所述以供所述DC/AC逆变器为用电设备供电，包括：
为全部的用电设备提供正常运行状态下的供电电能；
为低功耗运行的散热除湿系统以及剩余的用电设备供电；以及，
为低功耗运行的散热除湿系统和空调系统以及剩余的用电设备供电。
可选地，在上述的离网型发电系统的控制方法中，所述预设电量要求为：所述储能装置的当前电量大于预设高电量。
可选地，在上述的离网型发电系统的控制方法中，所述控制第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式之后，还包括：
再次判断所述当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求；
若所述当前风速不满足所述风力发电机组的启机要求，则下发停机指令；
若所述当前风速满足所述风力发电机组的启机要求，则在所述储能装置的当前电量小于预设最高电量时，对所述储能装置进行充电。
可选地，在上述的离网型发电系统的控制方法中，所述以供所述DC/AC逆变器为用电设备供电之后，还包括：
返回执行判断当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求的步骤。
可选地，在上述的离网型发电系统的控制方法中，所述判断当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求的步骤之前，还包括：
计算所述储能装置的当前电量。
基于上述本发明实施例提供的离网型发电系统，包括：发电单元、第一DC/DC变换器、DC/DC双向变换器、DC/AC逆变器、储能装置、控制系统以及机侧变换器；其中，发电单元的输出端与机侧变换器的输入侧相连；DC/DC双向变换器的一侧与储能装置相连，DC/DC双向变换器的另一侧、第一DC/DC变换器的输入侧、DC/AC逆变器的直流侧以及机侧变换器的输出侧均与直流母线相连；第一DC/DC变换器用于将直流母线上的电压转换为制氢所需电压，并通过第一DC/DC变换器的输出侧输出；发电单元、储能装置、第一DC/DC变换器、DC/DC双向变换器、DC/AC逆变器以及机侧变换器均受控于控制系统；由于该系统的机侧变换器的容量等于第一DC/DC变换器所连接制氢系统的满载功率，所以只有在机侧变换器以最大功率进行输出时，才能够使制氢系统满负荷制氢，也即系统不会存在风机发电过剩的情况、无需增设卸荷单元和对系统进行功率限定，进而避免了能量损失和浪费；再者，也因无需增设卸荷单元，避免了长时间卸荷所造成的卸荷单元过热失效的问题，同时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、图3为本申请实施例提供的两种离网型发电系统的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种控制系统的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种离网型发电系统的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种离网型发电制氢系统的结构示意图；
图7至图9为本申请实施例提供的三种离网型发电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。
本申请提供了离网型发电系统，以解决现有离网型风电制氢系统中通过卸荷单元对系统产生的多余能量进行卸荷，造成的系统能量损失以及卸荷单元容易过热失效的问题。
请参见图2，该离网型发电系统包括：发电单元101、第一DC/DC变换器104、DC/DC双向变换器103、DC/AC逆变器105、储能装置106、控制系统(未进行图示)以及机侧变换器102。
其中，发电单元101的输出端与机侧变换器102的输入侧相连。
发电单元101用于产生电能，在实际应用中，发电单元101可以为风力发电机组或者光伏阵列。发电单元101的具体形式，可根据视其应用环境和用户需求确定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围。
机侧变换器102包括：AC/DC整流器和第二DC/DC变换器。若发电单元101为风力发电机组(如图3所示)，则发电单元101的输出端与AC/DC整流器的交流侧相连。AC/DC整流器用于将发电单元输出的交流电能转换直流电能，为直流母线供电。若发电单元为光伏阵列(未进行图示)，则发电单元101的输出端与第二DC/DC变换器的输入侧相连。第二DC/DC变换器用于将发电单元101输出的直流电能的电压，转换为直流母线所需电压，为直流母线供电。
具体的，风力发电机组包括了风力机和发电机。风力机用于捕获风能，并将所捕获的风能转换为机械能。发电机用于将机械能转换为变压变频的交流电能。更进一步的，在实际应用中，发电机可以为永磁同步发电机、电励磁同步发电机或异步发电机。发电机的具体选择情况，可视其应用环境和用户需求确定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围。
DC/DC双向变换器103的一侧与储能装置106相连，DC/DC双向变换器103的另一侧、第一DC/DC变换器104的输入侧、DC/AC逆变器105的直流侧以及机侧变换器102的输出侧均与直流母线相连。
第一DC/DC变换器104用于将直流母线上的电压转换为制氢所需电压，并通过第一DC/DC变换器104的输出侧输出。具体的，第一DC/DC变换器104可以为BUCK降压变换器，用于将较高的直流母线上的电压转换为水电解槽制氢所需的电压，也即，实时从直流母线中抽取电能，提供给后级的水电解槽。
机侧变换器102的容量等于第一DC/DC变换器104所连接制氢系统的满载功率。
将机侧变换器102的容量设置等于第一DC/DC变换器104所连接制氢系统的满载功率后，在机侧变换器102以最大功率进行输出时，第一DC/DC变换器104通过将直流母线上的电压进行转换，为所连接的制氢系统提供电能，能够使制氢系统满负荷制氢；而若是机侧变换器102不以最大功率进行输出时，制氢系统的运行状态跟随机侧变换器102输出的功率变化而变化，此时制氢系统将会减载运行。
在实际应用中，DC/AC逆变器105用于将直流母线上的电压转换为市电，为各个用电设备供电。具体的，DC/AC逆变器105可以为无源逆变器，用于将直流母线上的电压进行转换，为系统中各个用电设备供电。系统中各个用电设备包括但不仅限于控制系统、散热除湿系统、变桨偏航系统以及照明设备。
DC/DC双向变换器103为双向升降压变换器，用于转换储能装置106的电能为直流母线提供稳定电压，或者，将直流母线上的电压进行转换为储能装置106进行充电，实现直流母线到储能装置106的双向供电。
发电单元101、储能装置106、第一DC/DC变换器104、DC/DC双向变换器103、DC/AC逆变器105以及机侧变换器102均受控于控制系统。
需要说明的是，控制系统为离网型发电系统的控制中心，用于协调控制发电单元101、储能装置106、第一DC/DC变换器104、DC/DC双向变换器103、DC/AC逆变器105以及机侧变换器102的工作状态，保证离网型发电系统的稳定运行及电能输出。
在本实施例中，由于该系统的机侧变换器102的容量等于第一DC/DC变换器104所连接制氢系统的满载功率，所以只有在机侧变换器102以最大功率进行输出时，才能够使制氢系统满负荷制氢，也即系统不会存在风机发电过剩的情况、无需增设卸荷单元和对系统进行功率限定，进而避免了能量损失和浪费；再者，也因无需增设卸荷单元，避免了长时间卸荷所造成的卸荷单元过热失效的问题，同时进一步降低了整个系统的造价及运行成本；最后，通过控制DC/AC逆变器105对各个用电设备进行供电，也即储能装置106只工作于充电或者放电，避免了储能装置106同时充电和放电，延长了储能装置106中电池的使用寿命。
可选地，请参见图4，该控制系统包括：储能系统检测单元201、主控单元202、变桨偏航控制单元203、变流控制单元204以及配电控制单元205。
其中，储能系统检测单元201、变桨偏航控制单元203、变流控制单元204以及配电控制单元205均与主控单元202相连。
具体的，储能系统检测单元201的输出端与主控单元202相连，变桨偏航控制单元203的通信端、变流控制单元204的通信端以及配电控制单元205的通信端与主控单元202相连。
需要说明的是，可以通过控制控制系统中的主控单元202，控制变桨偏航控制单元203，控制风力机捕获风能，使得发电机发电。在使得发电机发电的同时，实时采集各个系统单元的运行状态，控制系统各个变流模块工作，以满足系统功率平衡特性。
可选地，请参见图5，若发电单元中发电机为电励磁同步发电机或者异步发电机，则离网型发电系统还包括：设置于发电单元中发电机定子侧的励磁变压器107。
具体的，该励磁变压器107设置于发电单元101中发电机定子侧与DC/AC逆变器105输出侧之间。
需要说明的是，由于发电机为电励磁同步发电机或者电励磁异步发电机，需要励磁变压器107为发电机提供定子电源，以保证电励磁发电机的正常运行。
随着全球工业的快速发展，温室气体大量排放，导致全球气候变暖，两极冰川熔化，严重威胁了人类生存发展。寻求一种新的能源替代传统化石能源迫在眉睫，氢能作为一种环保清洁能源成为替代传统能源的首选。
获得氢能的方式主要有两种，一种是通过化石能源(比如天然气、原油或者煤炭等原料)与水蒸气在高温下经蒸汽转化法、部分氧化法、煤气化法等工艺制成，另一种是利用电解水生产制氢。传统的化石能源制氢方法带来了大量的二氧化碳排放，并不能真正地达到清洁，电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一，国内电解水制氢的能效在72％～82％。
我国风资源大多分布于三北地区，由于电网输送能力不够，每年弃风限电都造成了大量的资源浪费；再者，由于风机一般位于偏远地区，建立电网需要较高的成本，且偏远地区电网一般比较弱，容易出现电网故障，造成市电供电异常。因此，利用被弃用的风电来电解水制氢，成为一种十分经济的制氢方案。
为此，在图2示出的离网型发电系统基础之上，本申请另一实施例还提供的一种离网型发电制氢系统，请参见图6，包括：储气装置302、至少一个水电解槽301以及如上述的离网型发电系统。
其中，水电解槽301的气体输出端与储气装置302相连，水电解槽301的制氢供电端连接于离网型发电系统中第一DC/DC变换器104的输出侧。
该水电解槽301用于接收第一DC/DC变换器104输出的制氢所需电压，以供自身制氢，并将制氢所产的氢气和氧气存储至储气装置302中。
在实际应用中，储气装置302可以包括：储氢装置和储氧装置。其中，储氢装置302用于接收并存储水电解槽301输出端输出的氢气，储氧装置用于接收并存储水电解槽301输出端输出的氧气。
该离网型发电制氢系统还设置有储氢系统检测单元，用于实时检测储气装置中氢气的存储情况。具体的，储氢系统检测单元的通信端与离网型发电系统中控制系统的主控单元相连。可通过控制主控单元，实现对储氢系统检测单元的控制。
在本实施例提供的离网型发电制氢系统中，由于该系统的机侧变换器102的容量等于第一DC/DC变换器104所连接制氢系统的满载功率，所以只有在机侧变换器102以最大功率进行输出时，才能够使制氢系统满负荷制氢，也即系统不会存在风机发电过剩的情况、无需增设卸荷单元和对系统进行功率限定，进而避免了能量损失和浪费；再者，也因无需增设卸荷单元，避免了长时间卸荷所造成的卸荷单元过热失效的问题，同时进一步降低了整个系统的造价及运行成本；最后，由于该系统通过控制DC/AC逆变器对各个用电设备进行供电，使得储能装置103可以只工作于充电或者放电，避免了储能装置103同时充电和放电，延长了储能装置103中电池的使用寿命。
本申请另一实施例还提供一种离网型发电制氢的控制方法，应用于图3或图5所示出的离网型发电系统的控制系统，此时的发电单元为风电发电机组，请参见图7，该方法主要包括以下步骤：
S101、判断当前风速是否满足离网型发电系统中风力发电机组的启机要求。
在实际应用中，可以根据风速传感器或者风况检测设备，得到当前风速，或者，实时与气象系统通讯，获得当前风速；本申请对获得当前风速的方式不作具体限定，均属于本申请的保护范围。
若当前风速满足离网型发电系统中风力发电机组的启机要求，则执行步骤S102。
S102、控制离网型发电系统中的第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，以使机侧变换器以最大功率进行输出。
在实际应用中，若当前风速满足风力发电机组的启机要求，则说明系统应进入风机启机运行状态。首先，控制系统下发启机指令，控制变桨偏航控制单元调整桨叶角度，使得发电机的功率缓慢上升；其次，控制第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式，也即将第一DC/DC变换器切换至母线电压作为外环给定，占空比输出的电压闭环的工作状态，以实现实时从直流母线抽取电能为水电解槽供电，并维持直流母线的电压恒定；同时，控制机侧变换器工作于电流环模式，也即根据系统功率曲线，计算得到同步坐标系电流给定值，作为机侧变换器的电流环给定电流，将发电机发出的功率转换成直流电，为直流母线供电，使得机侧变换器以最大功率进行输出；进而，控制DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，也即控制DC/AC逆变器输出电能，使得后级散热除湿系统和空调系统均处于正常工作模式。
需要说明的是，只有在发电机处于发电状态，并为直流母线提供稳定电压时，或者，储能装置的当前电量大于预设高电量时，DC/AC逆变器的后级散热除湿系统和空调系统才处于正常工作模式。若是发电机不处于发电状态，或者，储能装置的当前电量小于预设高电量时，DC/AC逆变器的后级散热除湿系统和空调系统处于低能耗或者不工作状态。
若当前风速不满足离网型发电系统中风力发电机组的启机要求，则执行步骤S103。
S103、控制离网型发电系统中的储能装置通过DC/DC双向变换器向离网型发电系统中直流母线提供电能，以供DC/AC逆变器为用电设备供电，并在储能装置的当前电量满足预设电量要求时，通过第一DC/DC变换器进行制氢供电。
在实际应用中，若当前风速不满足风力发电机组的启机要求，则说明系统应进入待机状态。具体的，当前风速不满足风力发电机组的启机要求，风机停转，首先，控制系统下发停机指令，控制发电机停机；然后，控制机侧变换器缓慢撤载，降低直流母线的给定电流；当给定电流降至一定值时，控制DC/DC双向变换器运行，使得DC/DC双向变换器工作于母线电压外环作为给定的控制模式，将储能装置所存储的电能转换，为直流母线提供电能，并维持直流母线上的电压稳定；当机侧变换器封波停调之后，第一DC/DC变换器由母线闭环控制策略切换至开环占空比输出控制。
需要说明的是，DC/AC逆变器的输出侧与各个用电设备相连，各个用电设备包括但不仅限于控制系统、散热除湿系统、变桨偏航系统、空调系统、消防系统以及照明设备。该预设电量要求为：储能装置的当前电量大于预设高电量。当储能装置的当前电量大于预设高电量时，控制第一DC/DC变换器从直流母线抽取电能，以供水电解槽水解制氢。其中，预设高电量说明储能装置当前电量，可为各个用电设备供电以及为水电解槽制氢供电。预设高电量的具体取值，可视其应用环境和用户需求而定，本申请不作具体限定。
具体的，结合图9，步骤S103中的以供DC/AC逆变器为用电设备供电，包括以下情况：
a、为全部的用电设备提供正常运行状态下的供电电能。
其中，当储能装置的当前电量大于预设高电量时，可通过DC/DC双向变换器将储能装置中存储的电能进行转换，为直流母线提供稳定电压，而DC/AC逆变器可将直流母线上的电压进行转换，为系统中的控制系统、散热除湿系统、变桨偏航系统、空调系统、消防系统以及照明设备等用电设备进行供电，以及可通过第一DC/DC变换器将直流母线上的电能进行转换，向后级的水电解槽输出制氢所需电能。
具体的，当储能装置的当前电量大于预设高电量时，DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，也即向负载系统提供恒定幅值、频率的市电，为后级各个用电设备提供电压源；而第一DC/DC变换器工作于开环控制模式，也即控制第一DC/DC变换器输出占空比控制发波。为了维持系统连续运行特性，可根据应用环境和用户需求，自行设定发波占空比M＝KQ(K为占空比系数)。控制第一DC/DC变换器中的BUCK功率模块，将直流母线上的电压转换成水电解槽制氢所需电压，并通过第一DC/DC变换器的输出侧向水电解槽提供恒定的制氢电压。
b、为低功耗运行的散热除湿系统以及剩余的用电设备供电。
其中，当储能装置的当前电量小于预设高电量，且大于预设最低电量时，DC/DC双向变换器继续转换储能装置中的电能，为直流母线提供稳定电压，但是控制系统中散热除湿系统运行于低功耗模式，而DC/AC逆变器将直流母线上的电压进行转换后，仅为控制系统、照明设备以及空调系统供电，且控制DC/DC双向变换器封波停调、水电解槽停止运行。
需要说明的是，预设最低电量说明储能装置当前电量较低，为了保证系统能够长时间待机，仅为控制系统及照明设备供电。预设最低电量的具体取值，可视其应用环境和用户需求而定，本申请不作具体限定。其中，预设高电量大于预设最低电量。
c、为低功耗运行的散热除湿系统和空调系统以及剩余的用电设备供电。
其中，当储能装置的当前电量小于预设最低值时，继续通过DC/DC双向变换器将储能装置中存储的电能进行转换，为直流母线提供稳定电压，但是控制系统中的散热除湿系统、空调系统均运行于低功耗状态，而DC/AC逆变器将直流母线上的电压进行转换后，仅为控制系统及照明设备供电。
在本实施例的离网型发电系统的控制方法，应用于上述实施例提供的离网型发电系统中发电单元为风电发电机组时的控制系统，在离网型发电系统具有避免能量损失和浪费、储能装置同时充电和放电，延长储能装置中电池的使用寿命、避免长时间风机发电过剩，所造成的卸荷单元过热失效、降低整个系统的造价及运行成本等优点的基础之上，而本实施例还提供了一种离网型发电系统的控制方法，保证了离网型发电系统在实际应用中只有在机侧变换器以最大功率进行输出时，才能够使制氢系统满负荷制氢，也即系统不会存在风机发电过剩的情况、无需增设卸荷单元和对系统进行功率限定，进而避免了能量损失和浪费，以及在实际应用中的实施性，以及便于技术人员更直观、有效的使用本申请。
在执行步骤S102、控制第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，以使机侧变换器以最大功率进行输出之后，请参见图8或图9，该离网型发电系统的控制方法，还包括以下步骤：
S201、再次判断当前风速是否满足离网型发电系统中风力发电机组的启机要求。
具体的，再次判断当前风速是否满足风力发电机组的启机要求的目的是为了，确保当前风速满足风力发电机组的启机要求，以确保发电机能为直流母线提供稳定电压。
若判断出当前风速不满足风力发电机组的启机要求，则执行步骤S202；若判断出当前风速满足风力发电机组的启机要求，则继续控制第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，且执行步骤S203。
S202、下发停机指令。
S203、在储能装置的当前电量小于预设最高电量时，对储能装置进行充电。
需要说明的是，当再次判断出当前风速满足风力发电机组的启机要求，说明系统处于运行工况，此时，发电机通过机侧变换器为直流母线提供稳定电压。当储能装置中的当前电量小于预设最高电量时，可控制DC/DC双向变换器处于充电模式，从直流母线吸取电能，为储能装置进行充电，直至储能装置处于满电状态。为储能装置进行供电的方式，具体为：根据预设的充电曲线以恒定功率向储能装置充电，也即控制DC/DC双向变换器运行于电流环控制模式。
还需要说明的是，当储能装置处于充电状态，系统中直流母线上的电能除了用于为储能装置充电以及为系统中各个用电设备供电外，剩余的电能全部转换用于制氢，也即，当储能装置处于充电状态时，会暂时降低提供给制氢系统的电能，使制氢系统减载，但是由于储能系统的充电过程相对短暂，所以其对于制氢系统的运行影响并不明显。
在执行步骤S103中的以供DC/AC逆变器为用电设备供电之后，该离网型发电制氢系统的控制方法，还包括：返回执行步骤S101。
需要说明的是，在DC/AC逆变器为用电设备供电的步骤之后，返回执行步骤S101的目的在于，实时判断当前风速是否满足风力发电机组的启机要求，以确保在当前风速满足风力发电机组的启机要求时，实现对储能装置的充电。
可选地，在执行步骤S101判断当前风速是否满足离网型发电制氢系统中风力发电机组的启机要求之前，请参见图9，还包括：
S301、计算储能装置的当前电量。
需要说明的是，计算储能装置的当前电量的目的在于，通过确定储能装置的当前电路，判断是否执行对储能装置充电的动作。
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 (15)
1.一种离网型发电系统，其特征在于，包括：发电单元、第一DC/DC变换器、DC/DC双向变换器、DC/AC逆变器、储能装置、控制系统以及机侧变换器；其中，
所述发电单元的输出端与所述机侧变换器的输入侧相连；
所述DC/DC双向变换器的一侧与所述储能装置相连，所述DC/DC双向变换器的另一侧、所述第一DC/DC变换器的输入侧、所述DC/AC逆变器的直流侧以及所述机侧变换器的输出侧均与所述直流母线相连；
所述第一DC/DC变换器用于将直流母线上的电压转换为制氢所需电压，并通过所述第一DC/DC变换器的输出侧输出；
所述机侧变换器的容量等于所述第一DC/DC变换器所连接制氢系统的满载功率；
所述发电单元、所述储能装置、所述第一DC/DC变换器、所述DC/DC双向变换器、所述DC/AC逆变器以及所述机侧变换器均受控于所述控制系统。
2.根据权利要求1所述的离网型发电系统，其特征在于，所述DC/AC逆变器用于将所述直流母线上的电压转换为市电，为所述离网型发电系统的各个用电设备供电。
3.根据权利要求1所述的离网型发电系统，其特征在于，所述发电单元为风力发电机组；所述风力发电机组包括：风力机和发电机，所述发电机为永磁同步发电机、电励磁同步发电机或异步发电机中的任意一种；
所述机侧变换器为AC/DC整流器。
4.根据权利要求3所述的离网型发电系统，其特征在于，所述控制系统包括：储能系统检测单元、主控单元、变桨偏航控制单元、变流控制单元以及配电控制单元；
其中，所述储能系统检测单元、所述变桨偏航控制单元、所述变流控制单元以及所述配电控制单元均与所述主控单元相连。
5.根据权利要求3所述的离网型发电系统，其特征在于，若所述发电机为电励磁同步发电机或者异步发电机，则所述离网型发电系统还包括：设置于所述发电机定子侧的励磁变压器。
6.根据权利要求1所述的离网型发电系统，其特征在于，所述发电单元为光伏阵列；
所述机侧变换器为第二DC/DC变换器。
7.一种离网型发电制氢系统，其特征在于，包括：储气装置、至少一个水电解槽以及如上述权利要求1-6所述的离网型发电系统；其中，
所述水电解槽的气体输出端与所述储气装置相连，所述水电解槽的制氢供电端连接于所述离网型发电系统中第一DC/DC变换器的输出侧；
所述水电解槽用于接收所述第一DC/DC变换器输出的制氢所需电压，以供自身制氢，并将制氢所产的氢气和氧气存储至所述储气装置中。
8.根据权利要求7所述的离网型发电制氢系统，其特征在于，还包括：储氢系统检测单元，所述储氢系统检测单元的通信端与所述离网型发电系统中控制系统的主控单元相连。
9.一种离网型发电系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一所述的离网型发电系统中的控制系统，所述方法包括：
判断当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求；
若当前风速满足所述风力发电机组的启机要求，则控制所述离网型发电系统中的第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式，以使所述机侧变换器以最大功率进行输出。
10.根据权利要求9所述的离网型发电系统的控制方法，其特征在于，若当前风速不满足所述风力发电机组的启机要求，则控制所述离网型发电系统中的储能装置通过DC/DC双向变换器向所述离网型发电系统中直流母线提供电能，以供所述DC/AC逆变器为用电设备供电，并在所述储能装置的当前电量大于预设高电量时，通过所述第一DC/DC变换器进行制氢供电。
11.根据权利要求10所述的离网型发电系统的控制方法，其特征在于，所述以供所述DC/AC逆变器为用电设备供电，包括：
为全部的用电设备提供正常运行状态下的供电电能；
为低功耗运行的散热除湿系统以及剩余的用电设备供电；以及，
为低功耗运行的散热除湿系统和空调系统以及剩余的用电设备供电。
12.根据权利要求10所述的离网型发电系统的控制方法，其特征在于，所述预设电量要求为：所述储能装置的当前电量大于预设高电量。
13.根据权利要求9所述的离网型发电系统的控制方法，其特征在于，所述控制第一DC/DC变换器工作于电压闭环模式、机侧变换器工作于电流环模式、DC/AC逆变器工作于电压源控制模式之后，还包括：
再次判断所述当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求；
若所述当前风速不满足所述风力发电机组的启机要求，则下发停机指令；
若所述当前风速满足所述风力发电机组的启机要求，则在所述储能装置的当前电量小于预设最高电量时，对所述储能装置进行充电。
14.根据权利要求10所述的离网型发电系统的控制方法，其特征在于，所述以供所述DC/AC逆变器为用电设备供电之后，还包括：
返回执行判断当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求的步骤。
15.根据权利要求9-14任一所述的离网型发电系统的控制方法，其特征在于，所述判断当前风速是否满足所述离网型发电系统中风力发电机组的启机要求的步骤之前，还包括：
计算所述储能装置的当前电量。
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