CN115912944A - 一种电解水制氢电源、控制方法和制氢系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电解水制氢电源、控制方法和制氢系统，其中电解水制氢电源包括：LC滤波器、谐波补偿模块、整流模块、PFC升压模块、第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一交流电流传感器、第二交流电流传感器、第一直流电流传感器、第二直流电流传感器、核心控制器；所述谐波补偿模块、所述整流模块和所述PFC升压模块分别在交流输入侧和直流输出侧并联。本申请在不同工况下通过整流模块与谐波补偿模块、PFC升压模块配合工作，实现了输入侧低谐波，输出低纹波；整流模块基于晶闸管，成本低，易于实现高电流大功率；无需配置有载调压变压器或多分裂变压器，降低变压器成本。

Description

一种电解水制氢电源、控制方法和制氢系统

技术领域

本申请涉及氢能领域的电解水制氢领域，具体涉及一种电解水制氢电源、控制方法和制氢系统。

背景技术

现有电解水制氢技术中，电解槽由多个电解小室叠加而成，小室数量越多其额定电压越高，但受限于整体重量和制造工艺，电解槽小室数量往往不能过多，要实现更大功率等级需要增大小室极板面积，这需要更大电流驱动电解槽。低电压大电流导致制氢电源效率低，电缆或铜排成本高。

现有大规模应用的电解水制氢电源以基于晶闸管的整流电源为主，传统晶闸管整流电源缺点是交流侧谐波大，功率因数低，前端需配置有载调压变压器，有载调压变压器调节速度慢、机械寿命相对较短；直流侧纹波高，会影响电解槽的效率和寿命；此外，大功率应用场景，常规晶闸管整流电源前端广泛采用多分裂变压器，以抵消谐波，多分裂变压器成本较高。

已经技术基于IGBT全控型整流电源方案，虽然能够实现低谐波，但其成本较高，尤其是在大功率应用场景下成本没有优势。

发明内容

本申请提供了一种电解水制氢电源、控制方法和制氢系统，在不同工况下，整流模块与谐波补偿模块、PFC升压模块配合进行工作。

为达到上述目的，本申请提供了以下方案：

一种电解水制氢电源，包括：LC滤波器、谐波补偿模块、整流模块、PFC升压模块、第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一交流电流传感器、第二交流电流传感器、第一直流电流传感器、第二直流电流传感器和核心控制器；

所述谐波补偿模块、所述整流模块和所述PFC升压模块分别在交流输入侧和直流输出侧并联。

优选的，所述谐波补偿模块由全控型整流桥构成；

所述全控型整流桥选用IGBT或MOSFET，所述全控型整流桥的拓扑结构选用三相全桥两电平或三相全桥三电平。

优选的，所述整流模块选用基于三相晶闸管的三相全桥拓扑结构，所述整流模块包括多组所述三相晶闸管和晶闸管驱动电路。

优选的，所述PFC升压模块由第一组开关管、第二组开关管和第三组开关管构成；

所述第一组开关管由2支IGBT反向串联构成，所述第一组开关管分别与所述LC滤波器的A相和中性点连接；

所述第二组开关管由2支IGBT反向串联构成，所述第二组开关管分别与所述LC滤波器的B相和中性点连接；

所述第三组开关管由2支IGBT反向串联构成，所述第三组开关管分别与所述LC滤波器的C相和中性点连接。

优选的，所述核心控制器用于控制所述谐波补偿模块、所述整流模块和所述PFC升压模块的脉冲触发。

本申请还提供了一种电解水制氢电源的控制方法，所述方法用于控制前述的电解水制氢电源，步骤包括：

启动控制，禁止所述PFC升压模块和所述谐波补偿模块使能，控制所述整流模块中晶闸管触发角，从最大触发角逐渐减小到0度，实现母线电容充电；

降压控制，禁止所述PFC升压模块使能，执行整流模块斩波控制，同时，所述谐波补偿模块执行谐波补偿控制，对整流模块斩波产生的谐波进行补偿；

升压控制，禁止所述谐波补偿模块使能，控制所述整流模块所有晶闸管处于完全导通，同时，执行PFC升压模块整流控制。

优选的，所述PFC升压模块整流控制的过程包括：交流电流内环、直流电流外环和中性点均衡控制；

所述交流电流内环的控制目标为所述LC滤波器的输出电流和无功功率，通过载波调制技术达到控制目标；

所述直流电流外环的控制目标为使总的输出电流稳定在预先设定的电流值；

所述中性点均衡控制包括通过控制所述PFC升压模块的正、负母线电压相等实现，所述中性点均衡控制还包括通过控制所述PFC升压模块的正、负极输出电流相等实现。

优选的，所述整流模块斩波控制，方法包括：直流输出电流的闭环控制，目标电流值与所述直流输出电流的偏差经过PI控制器，得到所述晶闸管触发角给定值，通过调节所述晶闸管触发角，进而调节所述直流输出电流；

所述谐波补偿控制，方法包括：通过所述第一交流电流传感器和所述第二交流电流传感器分别采集交流侧A相电流和B相电流，并计算出C相电流，并对每相交流电流进行谐波计算，将每一相的谐波值作为补偿目标，控制所述谐波补偿模块，输出谐波电流进行补偿。

本申请还提供了一种电解水制氢系统，包括前述的电解水制氢电源，还包括：开关柜、隔离变压器、第一电解槽、第二电解槽、漏电流传感器和主控制单元；

所述第一电解槽与所述第二电解槽串联连接且将中性点接地，所述第一电解槽与所述第二电解槽串联后的正极与所述电解水制氢电源的输出正极相连接，所述第一电解槽与所述第二电解槽串联后的负极与所述电解水制氢电源的负极相连接；

所述漏电流传感器串入所述第一电解槽与所述第二电解槽串联后的接地线，并将信号输出接入到所述主控制单元；

所述主控制单元与所述核心控制器通过通讯线缆连接，所述主控制单元还用于检测并控制所述第一电解槽和所述第二电解槽中的电解液的流量和温度，同时进行故障监测和保护。

本申请的有益效果为：

本申请在不同工况下通过整流模块与谐波补偿模块、PFC升压模块配合工作，实现了输入侧低谐波，输出低纹波；整流模块基于晶闸管，成本低，易于实现高电流大功率；无需配置有载调压变压器或多分裂变压器，降低变压器成本；本申请有利于降低电解水制氢电源造价，并能够降低交流谐波和直流纹波

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一的谐波补偿模块的示意图；

图3为本申请实施例一的整流模块的示意图；

图4为本申请实施例一的PFC升压模块的示意图；

图5为本申请实施例二的升压控制方法流程示意图；

图6为本申请实施例二的降压控制方法流程示意图。

图7为本申请实施例四的一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的结构示意图；

图8为本申请实施例五的一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的结构示意图；

图9为本申请实施例六的一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的结构示意图；

图10为本申请实施例七的一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的结构示意图；

附图标记说明

1、开关柜；2、隔离变压器；3、第一电压采样单元；4、LC滤波器；5、谐波补偿模块；6、整流模块；7、PFC升压模块；10、第一电解槽；11、第二电解槽；12、核心控制器；13、第二电压采样单元；14、第一交流电流传感器；15、第二交流电流传感器；16、第一直流电流传感器；17、第二直流电流传感器；18、漏电流传感器；19、主控制单元；501、第一开关管；502、第二开关管；503_、第三开关管；504_、第四开关管；505_、第五开关管；506、第六开关管；601、第一晶闸管；602、第二晶闸管；603、第三晶闸管；604、第四晶闸管；605、第五晶闸管；606、第六晶闸管；607、脉冲放大触发模块；701、第七开关管；702、第八开关管；703_、第九开关管；704_、第十开关管；705_、第十一开关管；706、第十二开关管；709、开关管驱动模块；S01、第一PI调节器模块；S02、第二PI调节器模块；S03、第三PI调节器模块；S04、第四PI调节器模块；S05、2/3坐标变换模块；S06、脉冲调制模块；S07、均压模块；S08、电压3/2变换模块；S09、电流3/2变换模块；S10、晶闸管触发控制算法模块。

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，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

在本实施例中，如图1所示，一种电解水制氢电源，包括：LC滤波器4、谐波补偿模块5、整流模块6、PFC升压模块7、第一电压采样单元3、第二电压采样单元13、第一交流电流传感器14、第二交流电流传感器15、第一直流电流传感器16、第二直流电流传感器17和核心控制器12。

谐波补偿模块5、整流模块6和PFC升压模块7分别在交流输入侧和直流输出侧并联。在本实施例中，谐波补偿模块5、整流模块6、PFC升压模块7为并联连接，其输入端为三相分别接到LC滤波器4的三相输出端，其输出端并联后接入直流母线；PFC升压模块7直流输出分为正极、负极和中性线三个端口，正极连接整流模块6的直流输出正极、负极连接整流模块6输出的负极，中性线连接到母线的中性点。

第一电压采样单元3是由3路电压采集处理电路组成，其采集交流输入侧的电压，分别为AB相电压、BC相电压和CA相电压，输出3路模拟量到核心控制器12。

核心控制器12用于控制谐波补偿模块5、整流模块6和PFC升压模块7的脉冲触发。在本实施例中，核心控制器12是由数字信号处理器(DSP)、信号调理电路、电平转换电路、通讯电流、PWM脉冲输出电路等组成的控制单元，PWM脉冲输出电路用于驱动谐波补偿模块5、整流模块6和PFC升压模块7中的开关管。

如图2所示，谐波补偿模块5由全控型整流桥构成，全控型整流桥选用IGBT或MOSFET，拓扑结构选用三相全桥两电平或三相全桥三电平。在本实施例中，谐波补偿模块5包括：第一开关管501、第二开关管502、第三开关管503、第四开关管504、第五开关管505和第六开关管506；其中，第一开关管501与第二开关管502组成一个A相桥臂；第三开关管503与第四开关管504组成一个B相桥臂；第五开关管505和第六开关管506组成一个C相桥臂；电容507接在直流母线端。本实施例为两电平拓扑，也可以选用T型三电平或I型三电平拓扑。

如图3所示，整流模块6选用基于三相晶闸管的三相全桥拓扑结构，整流模块6包括多组三相晶闸管和晶闸管驱动电路。在本实施例中，整流模块6包括：第一晶闸管601、第二晶闸管602、第三晶闸管603、第四晶闸管604、第五晶闸管605、第六晶闸管606和脉冲放大触发模块607。脉冲放大触发模块607接收核心控制器12的触发信号，将触发信号放大以驱动上述的晶闸管。

如图4所示，PFC升压模块7由第一组开关管、第二组开关管和第三组开关管构成；第一组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第七开关管701和第八开关管702，第一组开关管一端与LC滤波器4的输出A相相连接，另一端与中性点相连接；第二组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第九开关管703和第十开关管704，第二组开关管一端与LC滤波器4的输出B相相连接，另一端与中性点相连接；第三组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第十一开关管705和第十二开关管706，第三组开关管一端与LC滤波器4的输出C相相连接，另一端与中性点相连接。开关管驱动模块709输入为核心控制器12输出的PWM脉冲信号，输出为开关管的驱动信号。

实施例二

在本实施例二中，一种电解水制氢电源的控制方法，步骤包括：

启动控制，禁止PFC升压模块7和谐波补偿模块5使能，控制整流模块6中晶闸管触发角，从最大触发角逐渐减小到0度，实现母线电容充电；

升压控制，禁止谐波补偿模块5使能，控制整流模块6所有晶闸管处于完全导通，同时，执行PFC升压模块三电平整流控制；其中，PFC升压模块三电平整流控制的过程包括：交流电流内环、直流电流外环和中性点均衡控制；交流电流内环的控制目标为LC滤波器4的输出电流和无功功率，通过载波调制技术达到控制目标；直流电流外环的控制目标为使总的输出电流稳定在预先设定的电流值；中性点均衡控制包括通过控制PFC升压模块7的正、负母线电压相等实现，还包括通过控制PFC升压模块7的正、负极输出电流相等实现。

在本实施例中，如图5所示，升压控制模式下，禁止谐波补偿模块6使能(谐波补偿模块5处于不工作状态)；整流模块5工作在0度触发角模式，即晶闸管触发控制算法模块S10始终控制输出0度触发角，即整流模块6内部的晶闸管全部完全导通。PFC升压模块7的控制由两个控制环组成，直流电流环和无功功率环。直流环控制方法：给定直流电流I_dc ^*与实际输出的直流电流I_dc+差值经过第一PI调节器模块S01，经过PI运算，得到d轴电流参考值i_d*，i_d*与d轴实际电流i_d的偏差进入第二PI调节器模块S02；第二PI调节器模块S02输出叠加上d轴电压e_d和前馈补偿项i_q*ωL作为d轴电压给定值；无功功率环控制方法：无功给定值Q*与实际无功Q的偏差，进入第三PI调节器模块S03，经过PI运算得到q轴电流参考值iq*，iq*与实际q轴电流i_q的偏差进入第四PI调节器模块S04，第四PI调节器模块S04输出叠加q轴电压分量e_q及前馈补偿量i_d*ωL作为q轴电压参考给定值进入2/3坐标变换模块S05，2/3坐标变换模块S05模块将两相旋转坐标系下的电压变换到三相静止坐标系下的电压，并输出三相参考电压到脉冲调制模块S06。为了保证正极、负极输出电流的一致性，对正负极电流进行控制，均流控制由均压模块S07实现，均压模块S07模块输出零序电压分量给到脉冲调制模块S06。在上述控制算法中，还需使用到电流3/2变换模块S09、电压3/2变换模块S08，其功能分别是将三相静止坐标系电流变换到两相旋转坐标系下的电流、将三相静止坐标系电压变换到两相旋转坐标系下的电压。

降压控制，禁止PFC升压模块7使能，执行整流模块斩波控制，同时，谐波补偿模块5执行谐波补偿控制，对整流模块6斩波产生的谐波进行补偿。整流模块斩波控制的方法包括：直流输出电流的闭环控制，目标电流值与直流输出电流的偏差经过PI控制器，得到晶闸管触发角给定值，通过调节晶闸管触发角，进而调节直流输出电流；谐波补偿控制的方法包括：通过第一交流电流传感器14和第二交流电流传感器15分别采集交流侧A相电流和B相电流，并计算出C相电流，并对每相交流电流进行谐波计算，将每一相的谐波值作为补偿目标，控制谐波补偿模块5，输出谐波电流进行补偿。

在本实施例中，如图6所示，降压控制模式下：S101、执行整流模块斩波控制程序，即输出电流闭环控制，其控制目标是直流输出电流，目标电流值与输出电流的偏差经过PI控制器，得到整流模块触发角给定值，通过调节整流模块晶闸管的触发角，进而调节输出电流；S102、执行电流谐波采样与计算程序，其方法为：通过第一交流电流传感器、第二交流电流传感器分别采集交流侧A相电流和B相电流，并计算出C相电流，对每相交流电流进行谐波计算；S103、执行补偿电流目标值计算程序，将每一相的谐波值作为补偿目标，控制谐波补偿模块，输出谐波电流进行补偿；S104、执行谐波补偿模块参考电压计算程序，即根据电流目标值，进行PI控制，得到目标电压；S105、执行谐波补偿模块脉宽调制与触发程序，即通过载波调制技术，得到谐波补偿模块没个开关管开通和关断的时刻，进而实现补偿控制。

实施例三

在本实施例中，如图1所示，一种电解水制氢系统，包括：开关柜1、隔离变压器2、电解水制氢电源、第一电解槽10、第二电解槽11、漏电流传感器18和主控制单元19。

第一电解槽10与第二电解槽11串联连接，其连接点接地，第一电解槽10与第二电解槽11串联后，正极与的一种电解水制氢电源输出正极相连接，负极与电源负极相连接；漏电流传感器18串入电解槽接地线，并将信号输出接入到电主控制单元19中；主控制单元19与电解水制氢电源的核心控制器12通过通讯线缆连接，主控制单元19还检测并控制第一电解槽10、第二电解槽11电解液的流量、温度，同时进行故障监测和保护。

实施例四

在本实施例四中，如图7所示，提供了一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的优选方案，包括：LC滤波器4、谐波补偿模块5、整流模块6、第一电压采样单元3、第二电压采样单元13、第一交流电流传感器14、第二交流电流传感器15、第一直流电流传感器16、第二直流电流传感器17、核心控制器12、开关柜1、隔离变压器2、电解水制氢电源、第一电解槽10、第二电解槽11、漏电流传感器18和主控制单元19。

谐波补偿模块5和整流模块6分别在交流输入侧和直流输出侧并联。在本实施例中，谐波补偿模块5和整流模块6为并联连接，其输入端为三相分别接到LC滤波器4的三相输出端，其输出端并联后接入直流母线。

第一电压采样单元3是由3路电压采集处理电路组成，其采集交流输入侧的电压，分别为AB相电压、BC相电压和CA相电压，输出3路模拟量到核心控制器12。

核心控制器12用于控制谐波补偿模块5和整流模块6的脉冲触发。在本实施例中，核心控制器12是由数字信号处理器(DSP)、信号调理电路、电平转换电路、通讯电流、PWM脉冲输出电路等组成的控制单元，PWM脉冲输出电路用于驱动谐波补偿模块5和整流模块6中的开关管。

谐波补偿模块5由全控型整流桥构成，全控型整流桥选用IGBT或MOSFET，拓扑结构选用三相全桥两电平或三相全桥三电平。在本实施例中，谐波补偿模块5包括：第一开关管501、第二开关管502、第三开关管503、第四开关管504、第五开关管505和第六开关管506；其中，第一开关管501与第二开关管502组成一个A相桥臂；第三开关管503与第四开关管504组成一个B相桥臂；第五开关管505和第六开关管506组成一个C相桥臂；电容507接在直流母线端。本实施例为两电平拓扑，也可以选用T型三电平或I型三电平拓扑。

整流模块6选用基于三相晶闸管的三相全桥拓扑结构，整流模块6包括多组三相晶闸管和晶闸管驱动电路。在本实施例中，整流模块6包括：第一晶闸管601、第二晶闸管602、第三晶闸管603、第四晶闸管604、第五晶闸管605、第六晶闸管606和脉冲放大触发模块607。脉冲放大触发模块607接收核心控制器12的触发信号，将触发信号放大以驱动上述的晶闸管。

第一电解槽10与第二电解槽11串联连接，其连接点接地，第一电解槽10与第二电解槽11串联后，正极与的一种电解水制氢电源输出正极相连接，负极与电源负极相连接；漏电流传感器18串入电解槽接地线，并将信号输出接入到电主控制单元19中；主控制单元19与电解水制氢电源的核心控制器12通过通讯线缆连接，主控制单元19还检测并控制第一电解槽10、第二电解槽11电解液的流量、温度，同时进行故障监测和保护。

在本实施例中，谐波补偿模块5和整流模块6组合驱动2台串联的电解槽(第一电解槽10和第二电解槽11)，可实现降压控制，适用于电解槽电压低于不控整流电压应用场景。

实施例五

在本实施例五中，如图8所示，提供了一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的优选方案，包括：LC滤波器4、整流模块6、PFC升压模块7、第一电压采样单元3、第二电压采样单元13、第一交流电流传感器14、第二交流电流传感器15、第一直流电流传感器16、第二直流电流传感器17、核心控制器12、开关柜1、隔离变压器2、电解水制氢电源、第一电解槽10、第二电解槽11、漏电流传感器18和主控制单元19。

整流模块6和PFC升压模块7分别在交流输入侧和直流输出侧并联。在本实施例中，整流模块6和PFC升压模块7为并联连接，其输入端为三相分别接到LC滤波器4的三相输出端，其输出端并联后接入直流母线；PFC升压模块7直流输出分为正极、负极和中性线三个端口，正极连接整流模块6的直流输出正极、负极连接整流模块6输出的负极，中性线连接到母线的中性点。

第一电压采样单元3是由3路电压采集处理电路组成，其采集交流输入侧的电压，分别为AB相电压、BC相电压和CA相电压，输出3路模拟量到核心控制器12。

核心控制器12用于控制整流模块6和PFC升压模块7的脉冲触发。在本实施例中，核心控制器12是由数字信号处理器(DSP)、信号调理电路、电平转换电路、通讯电流、PWM脉冲输出电路等组成的控制单元，PWM脉冲输出电路用于驱动整流模块6和PFC升压模块7中的开关管。

整流模块6选用基于三相晶闸管的三相全桥拓扑结构，整流模块6包括多组三相晶闸管和晶闸管驱动电路。在本实施例中，整流模块6包括：第一晶闸管601、第二晶闸管602、第三晶闸管603、第四晶闸管604、第五晶闸管605、第六晶闸管606和脉冲放大触发模块607。脉冲放大触发模块607接收核心控制器12的触发信号，将触发信号放大以驱动上述的晶闸管。

PFC升压模块7由第一组开关管、第二组开关管和第三组开关管构成；第一组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第七开关管701和第八开关管702，第一组开关管一端与LC滤波器4的输出A相相连接，另一端与中性点相连接；第二组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第九开关管703和第十开关管704，第二组开关管一端与LC滤波器4的输出B相相连接，另一端与中性点相连接；第三组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第十一开关管705和第十二开关管706，第三组开关管一端与LC滤波器4的输出C相相连接，另一端与中性点相连接。开关管驱动模块709输入为核心控制器12输出的PMW脉冲信号，输出为开关管的驱动信号。

第一电解槽10与第二电解槽11串联连接，其连接点接地，第一电解槽10与第二电解槽11串联后，正极与的一种电解水制氢电源输出正极相连接，负极与电源负极相连接；漏电流传感器18串入电解槽接地线，并将信号输出接入到电主控制单元19中；主控制单元19与电解水制氢电源的核心控制器12通过通讯线缆连接，主控制单元19还检测并控制第一电解槽10、第二电解槽11电解液的流量、温度，同时进行故障监测和保护。

在本实施例中，整流模块6和PFC升压模块7驱动2台串联的电解槽(第一电解槽10和第二电解槽11)，可以降压控制，也可以升压控制，但在降压控制模式下由于没有谐波补偿模块5，谐波较大，适合对电能质量要求不高的应用场景。

实施例六

在本实施例中，如图9所示，提供了一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的优选方案，包括：LC滤波器4、PFC升压模块7、第一电压采样单元3、第二电压采样单元13、第一交流电流传感器14、第二交流电流传感器15、第一直流电流传感器16、第二直流电流传感器17、核心控制器12、开关柜1、隔离变压器2、电解水制氢电源、第一电解槽10、第二电解槽11、漏电流传感器18和主控制单元19。

在本实施例中，PFC升压模块7输入端为三相分别接到LC滤波器4的三相输出端，其输出端并联后接入直流母线。

第一电压采样单元3是由3路电压采集处理电路组成，其采集交流输入侧的电压，分别为AB相电压、BC相电压和CA相电压，输出3路模拟量到核心控制器12。

核心控制器12用于控制PFC升压模块7的脉冲触发。在本实施例中，核心控制器12是由数字信号处理器(DSP)、信号调理电路、电平转换电路、通讯电流、PWM脉冲输出电路等组成的控制单元，PWM脉冲输出电路用于驱动PFC升压模块7中的开关管。

PFC升压模块7由第一组开关管、第二组开关管和第三组开关管构成；第一组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第七开关管701和第八开关管702，第一组开关管一端与LC滤波器4的输出A相相连接，另一端与中性点相连接；第二组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第九开关管703和第十开关管704，第二组开关管一端与LC滤波器4的输出B相相连接，另一端与中性点相连接；第三组开关管由2支IGBT反向串联构成，包括第十一开关管705和第十二开关管706，第三组开关管一端与LC滤波器4的输出C相相连接，另一端与中性点相连接。开关管驱动模块709输入为核心控制器12输出的pwm脉冲信号，输出为开关管的驱动信号。

第一电解槽10与第二电解槽11串联连接，其连接点接地，第一电解槽10与第二电解槽11串联后，正极与的一种电解水制氢电源输出正极相连接，负极与电源负极相连接；漏电流传感器18串入电解槽接地线，并将信号输出接入到电主控制单元19中；主控制单元19与电解水制氢电源的核心控制器12通过通讯线缆连接，主控制单元19还检测并控制第一电解槽10、第二电解槽11电解液的流量、温度，同时进行故障监测和保护。

在本实施例中，仅有PFC升压模块7驱动2台串联的电解槽(第一电解槽10和第二电解槽11)，只能进行升压控制，适用于电解槽电压高于不控整流电压应用场景。

实施例七

在本实施例七中，如图10所示，提供了一种电解水制氢电源及电解水制氢系统的优选方案，包括：整流模块6、第一电压采样单元3、第二电压采样单元13、第一交流电流传感器14、第二交流电流传感器15、第一直流电流传感器16、第二直流电流传感器17、核心控制器12、开关柜1、隔离变压器2、电解水制氢电源、第一电解槽10、第二电解槽11、漏电流传感器18和主控制单元19。

在本实施例中，整流模块6输入端为三相分别接到隔离变压器2的三相输出端，其输出端并联后接入直流母线。

第一电压采样单元3是由3路电压采集处理电路组成，其采集交流输入侧的电压，分别为AB相电压、BC相电压和CA相电压，输出3路模拟量到核心控制器12。

核心控制器12用于控制整流模块6的脉冲触发。在本实施例中，核心控制器12是由数字信号处理器(DSP)、信号调理电路、电平转换电路、通讯电流、PWM脉冲输出电路等组成的控制单元，PWM脉冲输出电路用于驱动整流模块6中的开关管。

整流模块6选用基于三相晶闸管的三相全桥拓扑结构，整流模块6包括多组三相晶闸管和晶闸管驱动电路。在本实施例中，整流模块6包括：第一晶闸管601、第二晶闸管602、第三晶闸管603、第四晶闸管604、第五晶闸管605、第六晶闸管606和脉冲放大触发模块607。脉冲放大触发模块607接收核心控制器12的触发信号，将触发信号放大以驱动上述的晶闸管。

第一电解槽10与第二电解槽11串联连接，其连接点接地，第一电解槽10与第二电解槽11串联后，正极与的一种电解水制氢电源输出正极相连接，负极与电源负极相连接；漏电流传感器18串入电解槽接地线，并将信号输出接入到电主控制单元19中；主控制单元19与电解水制氢电源的核心控制器12通过通讯线缆连接，主控制单元19还检测并控制第一电解槽10、第二电解槽11电解液的流量、温度，同时进行故障监测和保护。

仅整流模块6驱动2台串联的电解槽(第一电解槽10和第二电解槽11)，还省掉了前端的LC滤波器4，整流模块6开关器件为晶闸管，其优势是成本低，但其谐波大，适用于电能质量要求不高的场景。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电解水制氢电源，其特征在于，包括：LC滤波器、谐波补偿模块、整流模块、PFC升压模块、第一电压采样单元、第二电压采样单元、第一交流电流传感器、第二交流电流传感器、第一直流电流传感器、第二直流电流传感器和核心控制器；

所述谐波补偿模块、所述整流模块和所述PFC升压模块分别在交流输入侧和直流输出侧并联。

2.根据权利要求1所述一种电解水制氢电源，其特征在于，所述谐波补偿模块由全控型整流桥构成；

所述全控型整流桥选用IGBT或MOSFET，所述全控型整流桥的拓扑结构选用三相全桥两电平或三相全桥三电平。

3.根据权利要求1所述一种电解水制氢电源，其特征在于，所述整流模块选用基于三相晶闸管的三相全桥拓扑结构，所述整流模块包括多组所述三相晶闸管和晶闸管驱动电路。

4.根据权利要求1所述一种电解水制氢电源，其特征在于，所述PFC升压模块由第一组开关管、第二组开关管和第三组开关管构成；

所述第一组开关管由2支IGBT反向串联构成，所述第一组开关管分别与所述LC滤波器的A相和中性点连接；

所述第二组开关管由2支IGBT反向串联构成，所述第二组开关管分别与所述LC滤波器的B相和中性点连接；

所述第三组开关管由2支IGBT反向串联构成，所述第三组开关管分别与所述LC滤波器的C相和中性点连接。

5.根据权利要求1所述一种电解水制氢电源，其特征在于，所述核心控制器用于控制所述谐波补偿模块、所述整流模块和所述PFC升压模块的脉冲触发。

6.一种电解水制氢电源的控制方法，所述方法用于控制所述权利要求1-5任一项所述的电解水制氢电源，其特征在于，步骤包括：

启动控制，禁止所述PFC升压模块和所述谐波补偿模块使能，控制所述整流模块中晶闸管触发角，从最大触发角逐渐减小到0度，实现母线电容充电；

降压控制，禁止所述PFC升压模块使能，执行整流模块斩波控制，同时，所述谐波补偿模块执行谐波补偿控制，对整流模块斩波产生的谐波进行补偿；

升压控制，禁止所述谐波补偿模块使能，控制所述整流模块所有晶闸管处于完全导通，同时，执行PFC升压模块整流控制。

7.根据权利要求6所述一种电解水制氢电源的控制方法，其特征在于，所述PFC升压模块整流控制的过程包括：交流电流内环、直流电流外环和中性点均衡控制；

所述交流电流内环的控制目标为所述LC滤波器的输出电流和无功功率，通过载波调制技术达到控制目标；

所述直流电流外环的控制目标为使总的输出电流稳定在预先设定的电流值；

所述中性点均衡控制包括通过控制所述PFC升压模块的正、负母线电压相等实现，所述中性点均衡控制还包括通过控制所述PFC升压模块的正、负极输出电流相等实现。

8.根据权利要求6所述一种电解水制氢电源的控制方法，其特征在于，

所述整流模块斩波控制，方法包括：直流输出电流的闭环控制，目标电流值与所述直流输出电流的偏差经过PI控制器，得到所述晶闸管触发角给定值，通过调节所述晶闸管触发角，进而调节所述直流输出电流；

所述谐波补偿控制，方法包括：通过所述第一交流电流传感器和所述第二交流电流传感器分别采集交流侧A相电流和B相电流，并计算出C相电流，并对每相交流电流进行谐波计算，将每一相的谐波值作为补偿目标，控制所述谐波补偿模块，输出谐波电流进行补偿。

9.一种电解水制氢系统，包括权利要求1-5任一项所述的电解水制氢电源，其特征在于，还包括：开关柜、隔离变压器、第一电解槽、第二电解槽、漏电流传感器和主控制单元；

所述第一电解槽与所述第二电解槽串联连接且将中性点接地，所述第一电解槽与所述第二电解槽串联后的正极与所述电解水制氢电源的输出正极相连接，所述第一电解槽与所述第二电解槽串联后的负极与所述电解水制氢电源的负极相连接；

所述漏电流传感器串入所述第一电解槽与所述第二电解槽串联后的接地线，并将信号输出接入到所述主控制单元；

所述主控制单元与所述核心控制器通过通讯线缆连接，所述主控制单元还用于检测并控制所述第一电解槽和所述第二电解槽中的电解液的流量和温度，同时进行故障监测和保护。

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