CN116914784B - 一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电解制氢的储能控制领域，提出了一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，包括：将多个制氢单元并联在交流母线上，单个制氢单元包括前级变压器、AC‑DC变换器、DC‑DC变换器、电解槽、双向DC‑DC变换器和储能单元；将新能源发电功率经过经验模态分解，分解而得的低频分量作为电解槽制氢功率参考值，高频分量作为储能单元的充放电功率的参考值，通过储能单元和电解槽的协调配合平抑新能源发电功率的波动；将相邻制氢单元中的储能单元通过双向DC‑DC变换器进行连接，通过储能协调控制策略，对储能单元进行能量管理，储能协调控制策略包括最大充放电功率保护的协调控制策略和过充过放保护的协调控制策略。

Description

一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法

技术领域

本发明涉及电解制氢的储能控制领域，特别涉及一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法。

背景技术

制氢是氢能产业链的重要环节，用新能源电解水制氢具有更多优势。使用新能源发电电解水制氢可以将太阳能、风能等新能源转为氢能，不会产生二氧化碳等温室气体和有害排放物，对环境具有较小的影响，并能够有效提高新能源发电利用率，降低氢气生产的成本。在离网型新能源电解制氢系统中，由于新能源发电具备随机性、间歇性及波动性，电解制氢负荷功率不能及时响应新能源发电功率的波动可能导致系统失稳，因此，可通过增加储能设备实现对新能源发电功率波动的平抑，但现有技术主要通过逆变器将储能设备连接至系统交流母线，控制比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，通过将相邻制氢单元中的储能单元通过双向DC-DC变换器进行连接，更好的实现对储能设备能量管理，避免储能过充放电或充放电功率超过额定功率，延长储能使用寿命，维持系统稳定。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：

一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，包括如下步骤：

将多个制氢单元并联在交流母线上，单个制氢单元包括前级变压器、AC-DC变换器、DC-DC变换器、电解槽、双向DC-DC变换器和储能单元；

将新能源发电功率经过经验模态分解，分解而得的低频分量作为电解槽制氢功率参考值，高频分量作为储能单元的充放电功率的参考值，通过储能单元和电解槽的协调配合，平抑新能源发电功率的波动；

将相邻制氢单元中的储能单元通过双向DC-DC变换器进行连接，通过储能协调控制策略，对储能单元进行能量管理，所述储能协调控制策略包括最大充放电功率保护的协调控制策略和过充过放保护的协调控制策略。

作为进一步说明，所述前级变压器用于将交流母线电压转化为低电压，前级变压器低压侧作为AC-DC变换器的输入；AC-DC变换器用于将交流电整流为直流电，AC-DC变换器直流侧与直流母线相连；DC-DC变换器一侧连接在直流母线上，另一侧与电解槽相连，用于对电解制氢负荷功率控制，储能单元通过双向DC-DC变换器并联在直流母线上。

作为进一步说明，所述新能源发电功率表示为，低频分量表示为/>，高频分量表示为/>，其中，/>，新能源发电功率分解得到的低频分量满足电解槽的运行动态特性。

作为进一步说明，所述将新能源发电功率经过经验模态分解，其包括如下步骤：

a、根据具体的电解槽型号所对应的运行动态特性确定为电解槽功率的波动要求；

b、判断新能源发电功率是否满足电解槽功率的波动要求，若满足，则，/>，若不满足，则对/>进行经验模态分解；

c、对新能源发电输出功率进行经验模态分解，得到本征模函数，最后分解得到/>，/>为第i阶本征模函数分量，/>为原始序列/>减去前i阶本征模函数分量得到的剩余分量；

d、判断是否满足电解槽功率的波动要求，若不满足，则/>，/>，根据经验模态分解的分解原理，这种情况不会出现；

e、若满足，则增加电解槽参考功率（k=n-1,n-2,…,2,1）；

f、判断（k=n-1，n-2,…,2,1）是否满足电解槽功率的波动要求；

g、若满足，则重复步骤e和步骤f，若不满足，则；

h、获取电解制氢负荷参考功率：/>，储能需求功率：/>。

作为进一步说明，步骤c具体包括如下步骤：

c1、确定原始序列的所有局部最大值和局部最小值，用三次样条函数进行插值，得到上包络线/>和下包络线/>，求二者的均值得到包络平均曲线/>；

c2、用原始序列减去包络平均曲线/>，得到一个新信号/>：

判断是否满足本征模函数定义的两个条件，若不满足，将/>看作新的原始序列重复步骤c1和c2，假设经过k次满足两个定义条件，把/>看作/>的第一阶本征模函数分量，即：

c3、用原始序列减去第一阶本征模函数分量，得到剩余分量/>，即：

c4、将（i=2,3…,n）看作新的原始序列重复步骤c1~c3，得到新的本征模函数：

其中为第i阶IMF分量，/>为原始序列/>减去前i阶本征模函数分量得到的剩余分量；

c5、直到第n阶本征模函数分量或其余量/>小于预设值，或者残余分量是单调函数或常量时，经验模态分解过程停止；

最后分解得到。

作为进一步说明，根据并联制氢装置的效率优化控制分配得到的各个制氢单元的功率，假设共有n个制氢单元，低频分量作为第i台制氢单元的电解槽功率参考值，计算得到的高频分量/>作为第i台制氢单元中储能设备的充放电功率参考值，其中：

，/>。

作为进一步说明，所述最大充放电功率保护的协调控制策略为：

检测每个制氢单元中储能设备的充放电功率，并上传至制氢系统的中央控制器，若储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，则不进行调整；

当检测到某一个制氢单元中的储能充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为储能最大充放电功率限值，同时选择距离该制氢单元最近的，且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，来弥补该储能缺少的充放电功率，即若该制氢单元相邻的储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，控制该制氢单元相邻制氢单元中的储能设备弥补充放电功率缺额；若该制氢单元相邻单元中的储能输出功率超过最大充放电功率限制，则继续判断该制氢单元的次相邻单元中储能设备的输出功率，直到找到距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能设备，弥补该制氢单元中储能设备充放电功率缺额。

作为进一步说明，所述最大充放电功率保护的协调控制策略包括如下步骤：

步骤一、检测各单元储能的实时的充放电功率，若储能单元输出功率在最大充放电功率限制范围内，则无动作；

步骤二、若检测到第i个制氢单元的储能充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为该储能设备的最大充放电功率限制值，实现对该储能设备的最大充放电功率保护；

步骤三、当检测到第i个制氢单元的储能充电功率超过最大充电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，即先判断第i-1和i+1制氢单元的储能的充电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双向DC-DC变换器来弥补充电功率，当第i-1和i+1制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时充电功率小的来进行弥补；

当检测到第i个制氢单元的储能充电功率超过最大放电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，即先判断第i-1和i+1制氢单元的储能的放电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双向DC-DC变换器来弥补放电功率，当第i-1和i+1制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时放电功率小的来进行弥补；

步骤四、当第i−1和i+1制氢单元的储能充放电功率超过最大放电功率限制时，则限制其充电/放电功率，并对第i−1和i+1制氢单元的储能进行步骤三和步骤四。

作为进一步说明，所述过充过放保护的协调控制策略为：

检测每个制氢单元中储能设备的荷电状态，并上传至中央控制器，若储能荷电状态在正常工作区，则不进行调整；

当检测到某一个制氢单元中的储能设备的电量低于第一规定阈值时限制其放电功率，达到电量下限时不再放电，控制相邻制氢单元中储能设备弥补缺少的放电功率；在储能单元电量超过第二规定阈值时限制其充电功率，达到电量上限时不再充电，控制相邻制氢单元中的储能设备弥补多余的充电功率。

作为进一步说明，所述过充过放保护的协调控制策略包括如下步骤：

S1、检测各单元储能当前的荷电状态，若工作在正常工作区，则无动作；

S2、若检测到第i个制氢单元的储能工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率；

S3、当检测到第i个制氢单元的储能工作在过充警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第i-1和i+1制氢单元的储能的SOC，若工作在非过充警戒区间也就是工作在正常工作区或过放警戒区时，则通过控制双向DC-DC变换器对i单元的储能进行弥补，当第i-1和i+1制氢单元的储能都工作在非过充警戒区间时，优先选择两者中储能SOC低的来弥补多余的充电功率；

当检测到第i个制氢单元的储能工作在过放警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第i−1和i+1制氢单元的储能的SOC，若工作在非过放警戒区间也就是工作在正常工作区或过充警戒区时，则通过控制双向DC-DC变换器对i单元的储能进行弥补，当第i−1和i+1制氢单元的储能都工作在非过放警戒区间时，优先选择两者中储能SOC高的来弥补多余的放电功率；

S4、当第i−1和i+1制氢单元的储能的SOC也都工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率，并对第i−1和i+1制氢单元的储能进行步骤S3和步骤S4。

本发明的有益效果是：通过上述一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，将新能源发电功率经过经验模态分解，分解而得的低频信号作为电解槽制氢功率参考值，高频信号作为储能单元的充放电功率的参考值，并通过储能单元和电解槽的协调配合，能够有效平抑新能源发电功率的波动，并将相邻制氢单元中的储能设备通过双向DC-DC变换器进行连接，更好的实现对储能设备能量管理，避免储能过充放电或充放电功率超过额定功率，延长储能使用寿命，维持系统稳定。

附图说明

图1为本发明实施例中一种基于储能互助的多制氢单元电路拓扑示意图；

图2为本发明实施例中具体的一种基于储能互助的多制氢单元电路拓扑示意图；

图3为本发明实施例中基于EMD的功率平抑控制框图；

图4为本发明实施例中基于EMD的新能源发电功率重构流程图；

图5为本发明实施例中某日新能源发电的原始功率曲线；

图6为本发明实施例中基于EMD的新能源发电的原始功率分解结果；

图7为本发明实施例中平抑后的电解制氢功率曲线；

图8为本发明实施例中储能输出功率曲线；

图9为本发明实施例中储能荷电状态分区示意图；

图10为本发明实施例中针对储能的过充过放保护的协调控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例

参见图1所示为一种基于储能互助的多制氢单元电路拓扑。多制氢单元并联在交流母线上，其中单个制氢单元由前级变压器、AC-DC变换器、DC-DC变换器、电解槽、双向DC-DC变换器、储能设备共同构成，并且，相邻制氢单元中的储能设备通过双向DC-DC变换器进行连接。其中，前级变压器将交流母线电压转化为低电压，变压器低压侧作为AC-DC变换器的输入，AC-DC变换器将交流电整流为直流电，AC-DC变换器直流侧与直流母线相连，DC-DC变换器一侧连接在直流母线上，另一侧与电解槽相连，实现对电解制氢负荷功率控制，储能单元通过双向DC-DC变换器并联在直流母线上，其中，所述的AC-DC变换器、DC-DC变换器、双向DC-DC变换器，储能设备等可以灵活选择。

如图2为具体的应用于电解制氢的电路拓扑图，实施例仅以图2所示的拓扑为例进行说明，其中AC-DC变换器为6脉波晶闸管整流器，DC-DC变换器为buck变换器，双向DC-DC变换器都用双有源全桥变换器，储能设备以蓄电池为例。如图2所示，一共有三个制氢单元并联在并联连接在交流母线上，将相邻制氢单元中的蓄电池通过双有源全桥变换器进行连接。

为此，本实施例提供一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，包括如下步骤：

将多个制氢单元并联在交流母线上，单个制氢单元包括前级变压器、AC-DC变换器、DC-DC变换器、电解槽、双向DC-DC变换器和储能单元；

将新能源发电功率经过经验模态（EMD）分解，分解而得的低频分量作为电解槽制氢功率参考值，高频分量作为储能单元的充放电功率的参考值，通过储能单元和电解槽的协调配合，平抑新能源发电功率的波动；

将相邻制氢单元中的储能单元通过双向DC-DC变换器进行连接，通过储能协调控制策略，对储能单元进行能量管理，所述储能协调控制策略包括最大充放电功率保护的协调控制策略和过充过放保护的协调控制策略。

如图3所示为基于EMD的功率平抑控制框图，新能源发电输出的原始功率经过经验模态分解后，得到的低频分量/>作为电解制氢负荷参考功率，得到的高频分量/>作为储能单元出力的参考信号，通过双向DC-DC变换器对储能单元进行控制，得到期望的电解制氢负荷功率/>。

如图4所示为基于EMD的新能源发电功率重构流程图，新能源发电功率分解得到的低频分量应当满足电解槽的运行动态特性。

本实施例中，所述将新能源发电功率经过经验模态分解，其包括如下步骤：

a、根据具体的电解槽型号所对应的运行动态特性确定为电解槽功率的波动要求；

b、判断新能源发电功率是否满足电解槽功率的波动要求，若满足，则，/>，若不满足，则对/>进行经验模态分解；

c、对新能源发电输出功率进行经验模态分解，得到本征模函数（IntrinsicMode Function，IMF），最后分解得到/>，/>为第i阶本征模函数分量，/>为原始序列/>减去前i阶本征模函数分量得到的剩余分量；

d、判断是否满足电解槽功率的波动要求，若不满足，则/>，/>，根据经验模态分解的分解原理，这种情况不会出现；

e、若满足，则增加电解槽参考功率（k=n-1,n-2,…,2,1）；

f、判断（k=n-1，n-2,…,2,1）是否满足电解槽功率的波动要求；

g、若满足，则重复步骤e和步骤f，若不满足，则；

h、获取电解制氢负荷参考功率：/>，储能需求功率：/>。

其中，步骤c具体包括如下步骤：

c1、确定原始序列的所有局部最大值和局部最小值，用三次样条函数进行插值，得到上包络线/>和下包络线/>，求二者的均值得到包络平均曲线/>；

c2、用原始序列减去包络平均曲线/>，得到一个新信号/>：

判断是否满足本征模函数定义的两个条件，若不满足，将/>看作新的原始序列重复步骤c1和c2，假设经过k次满足两个定义条件，把/>看作/>的第一阶本征模函数分量，即：

c3、用原始序列减去第一阶本征模函数分量，得到剩余分量/>，即：

c4、将（i=2,3…,n）看作新的原始序列重复步骤c1~c3，得到新的本征模函数：

其中为第i阶IMF分量，/>为原始序列/>减去前i阶本征模函数分量得到的剩余分量；

c5、直到第n阶本征模函数分量或其余量/>小于预设值，或者残余分量是单调函数或常量时，经验模态分解过程停止；

最后分解得到。

如图5所示为某装机容量为16MW的新能源发电厂典型日的原始输出功率，对其进行EMD分解。

如图6所示为基于EMD的新能源发电的原始功率分解结果，得到了8个IMF函数和残差，对其根据图3进行重构得到电解制氢负荷参考功率和储能需求功率/>。

图7为电解制氢负荷参考功率，根据图4所示为基于EMD的新能源发电功率重构流程图对图6所示为基于EMD的新能源发电的原始功率分解结果进行重构得到满足电解槽的运行动态特性的电解制氢负荷参考功率/>。

图8为储能单元出力的参考信号，根据图4所示为基于EMD的新能源发电功率重构流程图对图6所示为基于EMD的新能源发电的原始功率分解结果进行重构得到。

针对可再生能源发电具有随机性和波动性，采用多台制氢单元并联进行大规模制氢对其进行消纳，通过并联制氢装置的效率优化控制，实现各并联制氢单元在系统最大效率点的功率分配。

本实施例中，可以根据并联制氢装置的效率优化控制分配得到的各个制氢单元的功率，假设共有n个制氢单元，低频分量作为第i台制氢单元的电解槽功率参考值，计算得到的高频分量/>作为第i台制氢单元中储能设备的充放电功率参考值，其中：

，/>。

如图9所示为储能荷电状态分区图，考虑储能单元的最大充放电功率限制和过充过放保护。若充放电功率超过最大值的限制，将导致工作电压过高、或充放电过流，加速寿命损耗甚至导致损坏。若过充或过放，将会严重影响储能的使用寿命，将相邻制氢单元中的储能单元通过双向DC-DC变换器进行连接，对储能单元进行协调控制。

因此，本实施例中，所述最大充放电功率保护的协调控制策略为：

检测每个制氢单元中储能设备的充放电功率，并上传至制氢系统的中央控制器，若储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，则不进行调整；

当检测到某一个制氢单元中的储能充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为储能最大充放电功率限值，同时选择距离该制氢单元最近的，且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，来弥补该储能缺少的充放电功率，即若该制氢单元相邻的储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，控制该制氢单元相邻制氢单元中的储能设备弥补充放电功率缺额；若该制氢单元相邻单元中的储能输出功率超过最大充放电功率限制，则继续判断该制氢单元的次相邻单元中储能设备的输出功率，直到找到距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能设备，弥补该制氢单元中储能设备充放电功率缺额。

针对图2的具体拓扑，检测3个制氢单元中储能的充放电功率，并且通过通讯线传输到中央控制器，若储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，则不进行调整。

当检测到某一个制氢单元中的蓄电池充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为储能最大充放电功率限制值，同时选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，来弥补该储能缺少的充放电功率。

以第2个制氢单元储能充电功率超过最大充电功率限制为例。

当检测到第2个制氢单元的蓄电池充电功率超过最大充电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的蓄电池，即先判断第1和3制氢单元的蓄电池的充电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双有源全桥变换器来弥补充电功率，当第1和3制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时充电功率小的来进行弥补，当第1和3制氢单元的储能充放电功率超过最大放电功率限制时，此时系统中三个储能都超过最大放电功率限制对系统进行停机并对各个单元储能的容量进行评估判断是否重新配置。

因此，本实施例中，所述最大充放电功率保护的协调控制策略包括如下步骤：

步骤一、检测各单元储能的实时的充放电功率，若储能单元输出功率在最大充放电功率限制范围内，则无动作；

步骤二、若检测到第i个制氢单元的储能充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为该储能设备的最大充放电功率限制值，实现对该储能设备的最大充放电功率保护；

步骤三、当检测到第i个制氢单元的储能充电功率超过最大充电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，即先判断第i-1和i+1制氢单元的储能的充电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双向DC-DC变换器来弥补充电功率，当第i-1和i+1制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时充电功率小的来进行弥补；

当检测到第i个制氢单元的储能充电功率超过最大放电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，即先判断第i-1和i+1制氢单元的储能的放电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双向DC-DC变换器来弥补放电功率，当第i-1和i+1制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时放电功率小的来进行弥补；

步骤四、当第i−1和i+1制氢单元的储能充放电功率超过最大放电功率限制时，则限制其充电/放电功率，并对第i−1和i+1制氢单元的储能进行步骤三和步骤四。

图10为针对储能的过充过放保护的协调控制流程图。所述过充过放保护的协调控制策略为：检测每个制氢单元中储能设备的荷电状态（state of charge，SOC），并上传至中央控制器。若储能SOC在正常工作区，则不进行调整，当检测到某一个制氢单元中的储能设备的电量较少时限制其放电功率，达到电量下限时不再放电，控制相邻制氢单元中储能设备弥补缺少的放电功率；在储能单元电量较多时限制其充电功率，达到电量上限时不再充电，控制相邻制氢单元中的储能设备弥补多余的充电功率。

针对图2的具体拓扑，检测3个制氢单元中蓄电池的SOC，并且通过通讯线传输到中央控制器，若蓄电池SOC在正常工作区，则不进行调整，当检测到某一个制氢单元中的蓄电池电量较少时限制其放电功率，达到电量下限时不再放电，控制相邻的蓄电池弥补缺少的放电功率；在蓄电池电量较多时限制其充电功率，达到电量上限时不再充电，控制相邻的蓄电池弥补多余的充电功率。

以第3个制氢单元的蓄电池工作在过充警戒区间为例。

当检测到第3个制氢单元的蓄电池工作在过充警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第2制氢单元的储能的SOC（此处没有i+1个，即第4个制氢单元），若工作在非过充警戒区间也就是工作在正常工作区或过放警戒区时，则通过控制双有源全桥变换器对第3单元的储能进行弥补。

当第2制氢单元的蓄电池的SOC也正工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率，判断第1个制氢单元的蓄电池的SOC，若工作在非过充警戒区间也就是工作在正常工作区或过放警戒区时，则通过控制双有源全桥变换器对第2单元的储能进行弥补，等第2单元蓄电池工作在正常工作区时，通过控制双有源全桥变换器对第3单元的储能进行弥补。

因此，本实施例中，所述过充过放保护的协调控制策略包括如下步骤：

S1、检测各单元储能当前的荷电状态，若工作在正常工作区，则无动作；

S2、若检测到第i个制氢单元的储能工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率；

S3、当检测到第i个制氢单元的储能工作在过充警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第i-1和i+1制氢单元的储能的SOC，若工作在非过充警戒区间也就是工作在正常工作区或过放警戒区时，则通过控制双向DC-DC变换器对i单元的储能进行弥补，当第i-1和i+1制氢单元的储能都工作在非过充警戒区间时，优先选择两者中储能SOC低的来弥补多余的充电功率；

当检测到第i个制氢单元的储能工作在过放警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第i−1和i+1制氢单元的储能的SOC，若工作在非过放警戒区间也就是工作在正常工作区或过充警戒区时，则通过控制双向DC-DC变换器对i单元的储能进行弥补，当第i−1和i+1制氢单元的储能都工作在非过放警戒区间时，优先选择两者中储能SOC高的来弥补多余的放电功率；

S4、当第i−1和i+1制氢单元的储能的SOC也都工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率，并对第i−1和i+1制氢单元的储能进行步骤S3和步骤S4。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将多个制氢单元并联在交流母线上，单个制氢单元包括前级变压器、AC-DC变换器、DC-DC变换器、电解槽、双向DC-DC变换器和储能单元；

将新能源发电功率经过经验模态分解，分解而得的低频分量作为电解槽制氢功率参考值，高频分量作为储能单元的充放电功率的参考值，通过储能单元和电解槽的协调配合，平抑新能源发电功率的波动；

将相邻制氢单元中的储能单元通过双向DC-DC变换器进行连接，通过储能协调控制策略，对储能单元进行能量管理，所述储能协调控制策略包括最大充放电功率保护的协调控制策略和过充过放保护的协调控制策略；

所述新能源发电功率表示为，低频分量表示为/>，高频分量表示为/>，其中，，新能源发电功率分解得到的低频分量满足电解槽的运行动态特性；

所述将新能源发电功率经过经验模态分解，其包括如下步骤：

a、根据具体的电解槽型号所对应的运行动态特性确定为电解槽功率的波动要求；

b、判断新能源发电功率是否满足电解槽功率的波动要求，若满足，则，/>，若不满足，则对/>进行经验模态分解；

c、对新能源发电输出功率进行经验模态分解，得到本征模函数，最后分解得到，/>为第i阶本征模函数分量，/>为原始序列/>减去前i阶本征模函数分量得到的剩余分量；

d、判断是否满足电解槽功率的波动要求，若不满足，则，/>，根据经验模态分解的分解原理，这种情况不会出现；

e、若满足，则增加电解槽参考功率（k=n-1,n-2,…,2,1）；

f、判断（k=n-1，n-2,…,2,1）是否满足电解槽功率的波动要求；

g、若满足，则重复步骤e和步骤f，若不满足，则；

h、获取电解制氢负荷参考功率：/>，储能需求功率：/>；

所述最大充放电功率保护的协调控制策略为：

检测每个制氢单元中储能设备的充放电功率，并上传至制氢系统的中央控制器，若储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，则不进行调整；

当检测到某一个制氢单元中的储能充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为储能最大充放电功率限值，同时选择距离该制氢单元最近的，且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，来弥补该储能缺少的充放电功率，即若该制氢单元相邻的储能输出功率在最大充放电功率限制范围内，控制该制氢单元相邻制氢单元中的储能设备弥补充放电功率缺额；若该制氢单元相邻单元中的储能输出功率超过最大充放电功率限制，则继续判断该制氢单元的次相邻单元中储能设备的输出功率，直到找到距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能设备，弥补该制氢单元中储能设备充放电功率缺额。

2.根据权利要求1所述的一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，所述前级变压器用于将交流母线电压转化为低电压，前级变压器低压侧作为AC-DC变换器的输入；AC-DC变换器用于将交流电整流为直流电，AC-DC变换器直流侧与直流母线相连；DC-DC变换器一侧连接在直流母线上，另一侧与电解槽相连，用于对电解制氢负荷功率控制，储能单元通过双向DC-DC变换器并联在直流母线上。

3.根据权利要求1所述的一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，步骤c具体包括如下步骤：

c1、确定原始序列的所有局部最大值和局部最小值，用三次样条函数进行插值，得到上包络线/>和下包络线/>，求二者的均值得到包络平均曲线/>；

c2、用原始序列减去包络平均曲线/>，得到一个新信号/>：

判断是否满足本征模函数定义的两个条件，若不满足，将/>看作新的原始序列重复步骤c1和c2，假设经过k次满足两个定义条件，把/>看作/>的第一阶本征模函数分量，即：

c3、用原始序列减去第一阶本征模函数分量，得到剩余分量/>，即：

c4、将（i=2,3…,n）看作新的原始序列重复步骤c1~c3，得到新的本征模函数：

其中为第i阶IMF分量，/>为原始序列/>减去前i阶本征模函数分量得到的剩余分量；

c5、直到第n阶本征模函数分量或其余量/>小于预设值，或者残余分量/>是单调函数或常量时，经验模态分解过程停止；

最后分解得到。

4.根据权利要求1所述的一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，根据并联制氢装置的效率优化控制分配得到的各个制氢单元的功率，假设共有n个制氢单元，低频分量作为第i台制氢单元的电解槽功率参考值，计算得到的高频分量/>作为第i台制氢单元中储能设备的充放电功率参考值，其中：

，/>。

5.根据权利要求1所述的一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，所述最大充放电功率保护的协调控制策略包括如下步骤：

步骤一、检测各单元储能的实时的充放电功率，若储能单元输出功率在最大充放电功率限制范围内，则无动作；

步骤二、若检测到第i个制氢单元的储能充放电功率超过最大充放电功率限制时，则将其充放电功率限定为该储能设备的最大充放电功率限制值，实现对该储能设备的最大充放电功率保护；

步骤三、当检测到第i个制氢单元的储能充电功率超过最大充电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，即先判断第i-1和i+1制氢单元的储能的充电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双向DC-DC变换器来弥补充电功率，当第i-1和i+1制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时充电功率小的来进行弥补；

当检测到第i个制氢单元的储能充电功率超过最大放电功率限制时，优先选择距离该制氢单元最近的且输出功率在最大充放电功率限制范围内的储能，即先判断第i-1和i+1制氢单元的储能的放电功率，是否在最大充放电功率限制范围内，若在最大充放电功率限制范围内，通过控制双向DC-DC变换器来弥补放电功率，当第i-1和i+1制氢单元的储能都在最大充放电功率限制范围内是，优先选择实时放电功率小的来进行弥补；

步骤四、当第i−1和i+1制氢单元的储能充放电功率超过最大放电功率限制时，则限制其充电/放电功率，并对第i−1和i+1制氢单元的储能进行步骤三和步骤四。

6.根据权利要求1所述的一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，所述过充过放保护的协调控制策略为：

检测每个制氢单元中储能设备的荷电状态，并上传至中央控制器，若储能荷电状态在正常工作区，则不进行调整；

当检测到某一个制氢单元中的储能设备的电量低于第一规定阈值时限制其放电功率，达到电量下限时不再放电，控制相邻制氢单元中储能设备弥补缺少的放电功率；在储能单元电量超过第二规定阈值时限制其充电功率，达到电量上限时不再充电，控制相邻制氢单元中的储能设备弥补多余的充电功率。

7.根据权利要求6所述的一种基于储能互助的多制氢单元协调控制方法，其特征在于，所述过充过放保护的协调控制策略包括如下步骤：

S1、检测各单元储能当前的荷电状态，若工作在正常工作区，则无动作；

S2、若检测到第i个制氢单元的储能工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率；

S3、当检测到第i个制氢单元的储能工作在过充警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第i-1和i+1制氢单元的储能的SOC，若工作在非过充警戒区间也就是工作在正常工作区或过放警戒区时，则通过控制双向DC-DC变换器对i单元的储能进行弥补，当第i-1和i+1制氢单元的储能都工作在非过充警戒区间时，优先选择两者中储能SOC低的来弥补多余的充电功率；

当检测到第i个制氢单元的储能工作在过放警戒区间时，优先选择相邻制氢单元的储能来进行弥补，即判断第i−1和i+1制氢单元的储能的SOC，若工作在非过放警戒区间也就是工作在正常工作区或过充警戒区时，则通过控制双向DC-DC变换器对i单元的储能进行弥补，当第i−1和i+1制氢单元的储能都工作在非过放警戒区间时，优先选择两者中储能SOC高的来弥补多余的放电功率；

S4、当第i−1和i+1制氢单元的储能的SOC也都工作在过充/过放警戒区间时，则限制其充电/放电功率，并对第i−1和i+1制氢单元的储能进行步骤S3和步骤S4。