CN116865297A - 一种离网型功率自平衡制氢系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离网型功率自平衡制氢系统及控制方法，离网系统包括储能模块、制氢模块和发电模块；储能模块包括储能设备，用于稳定离网系统的电压，并将SOC信息传输至制氢模块；储能设备与制氢设备通过电缆连接，且电缆从制氢设备内部接出；制氢模块包括制氢设备，用于接收SOC信息，并通过调节制氢设备的输出功率，保证离网系统的功率平衡；制氢设备内部装有储能设备的电压和电流采样装置，并直接采集储能设备的电压和电流信息；制氢设备的内部还装有制氢设备的电压和电流采样装置，用于直接采集制氢设备的电压和电流；发电模块，用于为离网系统提供能量，发电模块通过电缆与制氢设备连接。

Description

一种离网型功率自平衡制氢系统及控制方法

技术领域

本发明属于自动化控制领域，尤其涉及一种离网型功率自平衡制氢系统及控制方法。

背景技术

近年来，风电、光伏等新能源制氢技术得到迅猛发展。特别是，风电、光伏、储能耦合的离网型制氢技术有效利用偏远地区风力资源，彻底避免新能源发电的随机性和波动性对电网的影响，具有较高的研究价值。然而离网型新能源制氢的能量管理方面同样存在一些问题：

因为没有电网的支撑、新能源发电的波动性、远离距快速数据采集困难、能量管理系统复杂、响应慢等原因，离网型新能源制氢系统需要配置大容量的储能系统。然而储能系统一般成本较高，导致系统整体经济效益降低。

发明内容

本发明旨在解决远距离采集数据不稳定、速度慢的问题和能量管理系统复杂、响应慢的问题。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种离网型功率自平衡制氢系统，离网系统包括储能模块、制氢模块和发电模块；

所述储能模块包括储能设备，用于稳定所述离网系统的电压，并将SOC信息传输至所述制氢模块；

所述制氢模块包括制氢设备，用于接收所述SOC信息，并通过调节所述制氢设备的输出功率，保证所述离网系统的功率平衡；所述储能设备与所述制氢设备通过电缆连接，且所述电缆从所述制氢设备内部接出；

所述制氢设备内部装有所述储能设备的电压和电流采样装置，并直接采集所述储能设备的电压和电流信息；所述制氢设备的内部还装有所述制氢设备的电压和电流采样装置，用于直接采集所述制氢设备的电压和电流；

所述发电模块，用于为所述离网系统提供能量，所述发电模块通过电缆与所述制氢设备连接；所述发电模块的最大发电功率不大于所述制氢设备最大发电功率，且所述储能设备的功率为所述发电模块功率与所述制氢设备功率的差值。

可选的，所述制氢设备为功率可调节的负载设备。

可选的，所述发电模块包括光伏设备或风电设备或光伏设备和风电设备。

可选的，所述离网系统是直流离网系统或交流离网系统或直流和交流组合离网系统。

另一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法，包括以下步骤：

获取所述SOC信息、所述储能设备的电压和电流信息以及所述制氢设备的电压和电流信息；

设置SOC指令，所述制氢设备基于所述SOC指令和所述SOC信息进行计算，获取所述储能设备的功率指令；

利用所述储能设备的电压和电流信息，获取所述储能设备的功率；

所述制氢设备利用所述储能设备的功率指令和所述储能设备的功率，获取所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令；

基于所述制氢设备的电压和电流信息以及所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令，获取所述制氢设备的控制信号，完成对所述离网系统的功率平衡的控制。

可选的，所述制氢设备基于所述SOC指令和所述SOC信息进行计算，获取所述储能设备的功率指令包括：

将所述SOC指令和所述SOC信息相减，获取SOC误差值；

将所述SOC误差输入PI调节器，利用所述PI调节器的自动调节功能，对所述SOC误差值进行控制，获取所述储能设备的功率指令。

可选的，所述制氢设备利用所述储能设备的功率指令和所述储能设备的功率，获取所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令包括：

利用所述制氢设备，将所述储能设备的功率指令和所述储能设备的功率相减，获取所述储能设备的功率差；

将所述储能设备的功率差输入所述PI调节器，利用所述PI调节器的自动调节功能，对所述储能设备的功率差进行控制，获取所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令。

可选的，基于所述制氢设备的电压和电流数据信息以及所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令，获取所述制氢设备的控制信号，完成对所述离网系统的功率平衡的控制包括：

利用所述制氢设备的电压和电流数据信息，获取所述制氢设备的功率或电流或电压；

将所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令与所述制氢设备的功率或电压或电流相减，获取所述制氢设备的功率误差值或电流误差值或电压误差值；

将所述功率误差值或所述电流误差值或所述电压误差值输入所述PI调节器，利用所述PI调节器的自动调节功能，对所述制氢设备的功率误差值或电流误差值或电压误差值进行控制，获取所述制氢设备的控制信号，实现所述制氢设备的功率输出的控制，进而完成对所述离网系统的功率平衡的控制。

本发明具有以下有益效果：本发明的能量管理系统及控制方法不需要采集离网系统中发电设备和负载设备的信息，只需采集制氢设备的信息和储能设备的信息，避免远程采集数据，速率慢不稳定的问题；本发明采用就近采集数据和直接控制的方式，大大提高控制速度，减少储能设备的容量；采用制氢设备的控制器直接控制，省去了能量管理系统的控制器节省成本，提高稳定性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一种离网型功率自平衡制氢系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的制氢设备控制方法图；

图3为本发明实施例提出的一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，本实施例中提供一种离网型功率自平衡制氢系统，离网系统包括制氢设备、储能设备、光伏设备、风电设备、负载设备和其他发电设备。其中，储能模块、制氢模块和发电模块共同组成离网系统，离网系统是直流离网系统或者是交流离网系统或是直流和交流组合离网系统。

储能模块包括储能设备，用于稳定离网系统的电压，并将SOC信息传输至制氢模块；

制氢模块包括制氢设备，接收SOC信息，并通过调节制氢设备的输出功率，保证离网系统的功率平衡；

发电模块包括光伏设备或风电设备或光伏设备和风电设备，设备之间通过电缆连接，用于为离网系统提供能量。

储能设备与制氢设备通过电缆连接，且储能设备电缆从制氢设备内部接出；制氢设备内部，储能设备的电缆接出处，需包含储能设备的电压和电流采集装置以及制氢设备的电压和电流采集装置，储能设备的电压和电流采集装置用于直接采集储能设备的电压和电流，制氢设备的电压和电流采集装置用于直接采集制氢设备的电压和电流。此外，制氢设备为功率可调节的负载设备，还通过通讯获取储能设备的存储电量。

发电模块通过电缆与制氢设备连接，且发电模块的最大发电功率不大于制氢设备最大发电功率，储能设备的功率为发电模块功率与制氢设备功率的差值。

本实施例提出一种离网系统，此系统中只有储能设备为电压源，其他所有设备均为电流源或者电流型负载。在离网系统中，当所有发电设备的电流和正好等于所有负载设备的电流和时，储能设备的电流正好为零，反之储能设备的电流就一定不为零(即功率不为零)。所以只需根据储能设备的电流，实时调节制氢设备的电流(功率)，即可实现整个离网系统的电流平衡，进一步实现整个离网系统的能量平衡。

基于上述思路，本实施例提出一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法。将储能设备的电缆从制氢设备的内部接出，并在制氢设备内部储能设备电缆接出的位置，添加储能设备电压和电流数据的采集设备，使得制氢设备直接采集储能设备电压和电流。

制氢设备的控制器直接采集储能设备的电压和电流信息，根据储能设备的电压和电流信息，调节制氢设备当前的输入电流(即输出功率)，进而实现储能设备的电流为零(功率为零)，使得整个离网系统的功率平衡，保证整个离网系统的能量平衡。另外制氢设备采集储能设备的SOC信息，然后动态调节储能设备的功率，使得储能设备的存储电量在合理的范围。

如图3所示，具体离网系统的控制方法过程如下：

步骤一：制氢设备通过通讯获取储能设备的SOC信息、电压和电流信息以及制氢设备的电压和电流信息。

步骤二：制氢设备将设定的SOC指令和获取的储能设备的SOC信息相减，获取SOC的误差值，SOC误差值输入PI调节器，经过PI调节器的自动调节功能对SOC误差值进行控制后，产生储能设备的功率指令。

步骤三：制氢设备直接采集储能设备的电压和电流信号，将储能设备电压和电流相乘，计算储能设备的功率。

步骤四：制氢设备将步骤二产生的功率指令和步骤三计算的储能设备的功率相减，获得储能设备的功率差，功率差值输入PI调节器，经过PI调节器的自动调节功能对功率差进行控制后，获取制氢设备的功率指令(电流指令或者电压指令)。

步骤五：利用制氢设备的电压和电流数据信息，获得制氢设备的功率(电流或者电压)，制氢设备的功率指令(电流指令或者电压指令)与制氢设备的功率(电流或者电压)相减获取制氢设备功率(电流或者电压)误差值，功率(电流或者电压)误差值输入PI调节器，经过PI调制器的自动调节功能对制氢设备的功率误差值或电流误差值或电压误差值控制后，获取制氢设备的控制信号，实现制氢设备的功率输出的控制，进而完成对离网系统的功率平衡的控制。

如图2所示，本实施例提供一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法，控制方法包括：制氢设备输出功率闭环、储能设备功率闭环、储能设备SOC闭环。

制氢设备输出功率闭环用于控制制氢设备的输出功率。

储能设备功率闭环用于控制储能设备的功率，保证储能设备的功率在零附近。

储能设备SOC闭环用于调节储能设备的储存电量，保证储能设备的电量在合理的范围。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种离网型功率自平衡制氢系统，其特征在于，离网系统包括储能模块、制氢模块和发电模块；

所述储能模块包括储能设备，用于稳定所述离网系统的电压，并将SOC信息传输至所述制氢模块；

所述制氢模块包括制氢设备，用于接收所述SOC信息，并通过调节所述制氢设备的输出功率，保证所述离网系统的功率平衡；所述储能设备与所述制氢设备通过电缆连接，且所述电缆从所述制氢设备内部接出；

所述制氢设备内部装有所述储能设备的电压和电流采样装置，并直接采集所述储能设备的电压和电流信息；所述制氢设备的内部还装有所述制氢设备的电压和电流采样装置，用于直接采集所述制氢设备的电压和电流；

所述发电模块，用于为所述离网系统提供能量，所述发电模块通过电缆与所述制氢设备连接；所述发电模块的最大发电功率不大于所述制氢设备最大发电功率，且所述储能设备的功率为所述发电模块功率与所述制氢设备功率的差值。

2.如权利要求1所述的一种离网型功率自平衡制氢系统，其特征在于，所述制氢设备为功率可调节的负载设备。

3.如权利要求1所述的一种离网型功率自平衡制氢系统，其特征在于，所述发电模块包括光伏设备或风电设备或光伏设备和风电设备。

4.如权利要求1所述的一种离网型功率自平衡制氢系统，其特征在于，所述离网系统是直流离网系统或交流离网系统或直流和交流组合离网系统。

5.如权利要求1-4任一所述的一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述SOC信息、所述储能设备的电压和电流信息以及所述制氢设备的电压和电流信息；

设置SOC指令，所述制氢设备基于所述SOC指令和所述SOC信息进行计算，获取所述储能设备的功率指令；

利用所述储能设备的电压和电流信息，获取所述储能设备的功率；

所述制氢设备利用所述储能设备的功率指令和所述储能设备的功率，获取所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令；

基于所述制氢设备的电压和电流信息以及所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令，获取所述制氢设备的控制信号，完成对所述离网系统的功率平衡的控制。

6.如权利要求5所述的一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法，其特征在于，所述制氢设备基于所述SOC指令和所述SOC信息进行计算，获取所述储能设备的功率指令包括：

将所述SOC指令和所述SOC信息相减，获取SOC误差值；

将所述SOC误差输入PI调节器，利用所述PI调节器的自动调节功能，对所述SOC误差值进行控制，获取所述储能设备的功率指令。

7.如权利要求6所述的一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法，其特征在于，所述制氢设备利用所述储能设备的功率指令和所述储能设备的功率，获取所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令包括：

利用所述制氢设备，将所述储能设备的功率指令和所述储能设备的功率相减，获取所述储能设备的功率差；

将所述储能设备的功率差输入所述PI调节器，利用所述PI调节器的自动调节功能，对所述储能设备的功率差进行控制，获取所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令。

8.如权利要求7所述的一种离网型功率自平衡制氢系统的控制方法，其特征在于，基于所述制氢设备的电压和电流数据信息以及所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令，获取所述制氢设备的控制信号，完成对所述离网系统的功率平衡的控制包括：

利用所述制氢设备的电压和电流数据信息，获取所述制氢设备的功率或电流或电压；

将所述制氢设备的功率指令或电流指令或电压指令与所述制氢设备的功率或电压或电流相减，获取所述制氢设备的功率误差值或电流误差值或电压误差值；

将所述功率误差值或所述电流误差值或所述电压误差值输入所述PI调节器，利用所述PI调节器的自动调节功能，对所述制氢设备的功率误差值或电流误差值或电压误差值进行控制，获取所述制氢设备的控制信号，实现所述制氢设备的功率输出的控制，进而完成对所述离网系统的功率平衡的控制。