CN113036811A - 一种基于±600v直流微网的风光互补型制氢电站系统 - Google Patents

一种基于±600v直流微网的风光互补型制氢电站系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，包括风力发电模块、光伏发电模块、储能模块和水电解制氢模块，风力发电模块通过风电用整流器连接±600V直流母线连接并作为新能源发电端供电，光伏发电模块、储能模块和水电解制氢模块分别通过直流变流器与±600V直流母线连接，所述±600V直流母线通过并网模块连接交流电网实现直流微网制氢系统的并网运行或孤网运行，本发明采用直流汇流母线大幅减少多能互补型制氢系统的电能转化环节，提高系统的可靠性以及能源综合利用效率，并提出适应并网、孤网多种运行模式的直流微网制氢系统拓扑结构，满足各种工况下高效率不间断制氢需要，实现氢能的高效、低成本生产。

Description

一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统
技术领域
本发明涉及新能源制氢领域，尤其是一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统。
背景技术
随着中国“碳达峰、碳中和”目标的提出，未来风电、光伏等新能源将大发展，由于风电光伏资源丰富地区多为中西部偏远地区，新能源电能的储存及输送必将成为制约新能源发展的重要因素之一，利用新能源发电进行就地水电解制氢可有效缓解电力输送通道建设缓慢导致的弃风弃光问题。
目前同类型的多能互补制氢电站多以交流电网作为电能传输中枢。制氢系统最成熟的技术为直流水电解制氢，如采用交流供电系统需采用变压器降压及整流变换，同时，光伏及储能系统均为直流发电系统，对于风电、光伏互补型制氢系统，从发电设备至进行水电解制氢，电能需进行多次转换，使系统复杂性呈几何性增加，大大降低能源转换效率并增大电站建设成本。氢能制取成本较高也是目前制约制氢行业发展的重要原因之一。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，采用直流汇流母线大幅减少多能互补型制氢系统的电能转化环节，提高系统的可靠性以及能源综合利用效率，并且本发明提出适应并网、孤网多种运行模式的直流微网制氢系统拓扑结构，满足各种工况下高效率不间断制氢需要，实现氢能的高效、低成本生产。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，包括风力发电模块、光伏发电模块、储能模块和水电解制氢模块，所述风力发电模块通过风电用整流器连接±600V直流母线连接并作为新能源发电端供电，所述光伏发电模块、储能模块和水电解制氢模块分别通过直流变流器与±600V直流母线连接，所述±600V直流母线在电网正常情况下通过并网模块连接交流电网实现直流微网制氢系统的并网运行，所述储能模块在电网故障时支撑±600V直流母线电压实现孤网运行。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述风力发电模块包括风力发电机组、变频装置和风机监控保护装置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述光伏发电模块包括光伏电池组件、直流汇流装置及光伏就地监控装置，所述光伏发电模块通过具有MPPT功能的光伏直流变流器接入直流母线并作为新能源发电端供电。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述储能模块包括电池储能单元、能量管理系统和测量保护单元，所述电池储能单元采用磷酸铁锂电池作为储能介质。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述水电解制氢模块包括水电解制氢装置、氢气纯化装置、监控及安全保护自动化装置，所述±600V直流母线采用制氢用直流变换器向水电解制氢模块供电。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述并网模块(9)包括双向并网变流器、变压器及保护监控系统。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述±600V直流母线在电网正常情况下通过并网模块连接交流电网实现直流微网制氢系统的并网运行，具体如下：
在电网正常情况下，水电解制氢模块通过并网模块与电网进行双向电能传输，并网模块工作在定压模式提供±600V直流母线电压支撑；当储氢装置已满，水电解制氢模块非全功率运行或设备检修时，所述风力发电模块、光伏发电模块通过并网模块向电网传输电能；在风光资源不足情况下，风力发电模块、光伏发电模块发电不足以满足制氢负荷需要时，储能模块进行放电配合为水电解制氢模块供电。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述储能模块在电网故障时支撑±600V直流母线电压实现孤网运行，具体如下：
当主电网故障时，±600V直流母线与电网脱开，所述风力发电模块和光伏发电模块全部电能用来提供给水电解制氢模块进行制氢，储能模块通过双向储能变流器提供±600V直流母线电压支撑。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明的系统风力发电模块、光伏发电模块、储能模块、水电解制氢模块全部采用直流接入±600V直流母线，采用直流汇流母线大幅减少多能互补型制氢系统的电能转化环节，提高系统的可靠性以及能源综合利用效率，并且本发明提出适应并网、孤网多种运行模式的直流微网制氢系统拓扑结构，满足各种工况下高效率不间断制氢需要，实现氢能的高效、低成本生产；
2、本发明中光伏发电模块作为新能源发电端供电为日间运行，风力发电模块作为新能源发电端供电为全天型但夜间发电量较大。春夏季光资源较为丰富，但风资源较差，光伏发电占比较高，而秋冬季光资源较差，但风资源较好，风力发电占比较高。风力发电模块、光伏发电模块通过分析建设地的光资源及风资源情况，调配风机及光伏装机比例，配合储能系统削峰填谷，平抑波动，实现全时段全天平稳发电，保证水电解制氢系统高效稳定运行；
3、本发明的系统直流母线电压采用±600V，该直流电压等级的配电装置设备在光伏系统以及地铁直流牵引系统中已有成熟应用，无需对该电压等级配电设备进行针对性研发。降低工程造价，便于工程应用及推广；
4、本发明的系统配置储能模块，可改善本发明系统系统电能质量，平抑波动，稳定电能输出，并参与调峰提高系统供电可靠性。在孤网运行时，储能系统为±600V直流母线提供电压支撑，保证制氢系统稳定运行。同时在制氢系统检修或供电不足情况下，提供重要负荷供电。
附图说明
图1是本发明原理示意图；
其中，1、风力发电模块，2、风电用整流器，3、光伏发电模块，4、光伏直流变流器，5、储能模块，6、双向储能变流器，7、水电解制氢模块，8、制氢用直流变换器，9、并网模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，包括风力发电模块1、光伏发电模块3、储能模块5和水电解制氢模块7，所述风力发电模块1包括风力发电机组、变频装置和风机监控保护装置。所述风力发电模块1通过风电用整流器2连接±600V直流母线连接并作为新能源发电端供电，所述光伏发电模块3包括光伏电池组件、直流汇流装置及光伏就地监控装置，所述光伏发电模块3通过具有MPPT功能的光伏直流变流器4接入直流母线并作为新能源发电端供电。所述储能模块5包括电池储能单元、能量管理系统和测量保护单元，所述电池储能单元采用磷酸铁锂电池作为储能介质，所述储能模块5通过双向储能变流器6与±600V直流母线连接进行双向电能传输。所述水电解制氢模块7包括水电解制氢装置、氢气纯化装置、监控及安全保护自动化装置，所述±600V直流母线采用制氢用直流变换器8向水电解制氢模块7供电，水电解制氢设备电解后的氢气汇合后经纯化装置处理后送至用户。所述光伏发电模块3、储能模块5和水电解制氢模块7分别通过直流变流器与±600V直流母线连接，所述±600V直流母线在电网正常情况下通过并网模块9连接交流电网实现直流微网制氢系统的并网运行，所述储能模块5在电网故障时支撑±600V直流母线电压实现孤网运行。所述并网模块9包括双向并网变流器、变压器及保护监控系统，并网电压等级根据系统装机规模以及建设地附近电网接入条件选择，如需接入中压系统需将直流母线电压经双向并网变流器变换为交流电后通过变压器升压后并入电网。
工作时本发明的系统可根据实际运行工况自动切换孤网或并网运行模式。
并网运行模式：
在电网正常情况下，水电解制氢模块7通过并网模块9与电网进行双向电能传输，并网模块9工作在定压模式提供±600V直流母线电压支撑；当储氢装置已满，水电解制氢模块7非全功率运行或设备检修时，所述风力发电模块1、光伏发电模块3通过并网模块9向电网传输电能，进行“售电”；在风光资源不足情况下，风力发电模块1、光伏发电模块3发电不足以满足制氢负荷需要时，储能模块5进行放电配合为水电解制氢模块7供电。
孤网运行模式：
当主电网故障时，±600V直流母线与电网脱开，所述风力发电模块1和光伏发电模块3全部电能用来提供给水电解制氢模块7进行制氢，储能模块5通过双向储能变流器6提供±600V直流母线电压支撑。
本发明的系统直流母线电压采用±600V，该直流电压等级的配电装置设备在光伏系统以及地铁直流牵引系统中已有成熟应用，无需对该电压等级配电设备进行针对性研发。降低工程造价，便于工程应用及推广，本发明风力发电模块1、光伏发电模块3、储能模块5、水电解制氢模块7全部采用直流接入±600V直流母线，可大幅减少多能互补型制氢系统的电能转化环节，提高系统的可靠性以及能源综合利用效率，并且本发明提出适应并网、孤网多种模式运行的直流微网制氢系统拓扑结构，满足各种工况下高效率制氢需要，实现氢能的高效、低成本生产，系统配置的储能模块5，可改善本发明系统系统电能质量，平抑波动，稳定电能输出，并参与调峰提高系统供电可靠性。在孤网运行时，储能模块5为±600V直流母线提供电压支撑，保证制氢系统稳定运行。同时在制氢系统检修或供电不足情况下，提供重要负荷供电。
本发明中光伏发电模块3作为新能源发电端供电为日间运行，风力发电模块1作为新能源发电端供电为全天型但夜间发电量较大。春夏季光资源较为丰富，但风资源较差，光伏发电占比较高，而秋冬季光资源较差，但风资源较好，风力发电占比较高。风力发电模块、光伏发电模块通过分析建设地的光资源及风资源情况，调配风机及光伏装机比例，配合储能系统削峰填谷，平抑波动，实现全时段全天平稳发电，保证水电解制氢系统高效稳定运行。

Claims (8)

1.一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：包括风力发电模块（1）、光伏发电模块（3）、储能模块（5）和水电解制氢模块（7），所述风力发电模块（1）通过风电用整流器（2）连接±600V直流母线连接并作为新能源发电端供电，所述光伏发电模块（3）、储能模块（5）和水电解制氢模块（7）分别通过直流变流器与±600V直流母线连接，所述±600V直流母线在电网正常情况下通过并网模块（9）连接交流电网实现直流微网制氢系统的并网运行，所述储能模块（5）在电网故障时支撑±600V直流母线电压实现孤网运行。
2.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述风力发电模块（1）包括风力发电机组、变频装置和风机监控保护装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述光伏发电模块（3）包括光伏电池组件、直流汇流装置及光伏就地监控装置，所述光伏发电模块（3）通过具有MPPT功能的光伏直流变流器（4）接入直流母线并作为新能源发电端供电。
4.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述储能模块（5）包括电池储能单元、能量管理系统和测量保护单元，所述电池储能单元采用磷酸铁锂电池作为储能介质，所述储能模块（5）通过双向储能变流器（6）与±600V直流母线连接进行双向电能传输。
5.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述水电解制氢模块（7）包括水电解制氢装置、氢气纯化装置、监控及安全保护自动化装置，所述±600V直流母线采用制氢用直流变换器（8）向水电解制氢模块（7）供电。
6.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述并网模块（9）括双向并网变流器、变压器及保护监控系统。
7.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述±600V直流母线在电网正常情况下通过并网模块（9）连接交流电网实现直流微网制氢系统的并网运行，具体如下：
在电网正常情况下，水电解制氢模块（7）通过并网模块（9）与电网进行双向电能传输，并网模块（9）工作在定压模式提供±600V直流母线电压支撑；当储氢装置已满，水电解制氢模块（7）非全功率运行或设备检修时，所述风力发电模块（1）、光伏发电模块（3）通过并网模块（9）向电网传输电能；在风光资源不足情况下，风力发电模块（1）、光伏发电模块（3）发电不足以满足制氢负荷需要时，储能模块（5）进行放电配合为水电解制氢模块（7）供电。
8.根据权利要求1所述的一种基于±600V直流微网的风光互补型制氢电站系统，其特征在于：所述储能模块（5）在电网故障时支撑±600V直流母线电压实现孤网运行，具体如下：
当主电网故障时，±600V直流母线与电网脱开，所述风力发电模块（1）和光伏发电模块（3）全部电能用来提供给水电解制氢模块（7）进行制氢，储能模块（5）通过双向储能变流器（6）提供±600V直流母线电压支撑。
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