CN215912048U - 一种电解水制氢的整流电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电解水制氢的整流电源技术领域，特别是涉及一种电解水制氢的整流电源系统，包括整流变压器、输入隔离开关、电解槽和整流单元，所述整流变压器采用三绕组变压器，高压侧1个绕组，低压侧2个绕组；所述整流单元采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥并联组成；所述整流变压器的高压侧与电网连接，低压侧经输入隔离开关分别与两组整流桥连接；两组整流桥输出直流电并联后与电解槽连接。通过本整流电源系统，能有效解决谐波对电网污染大的问题，并且能够提供大容量的整流电源。

Description

一种电解水制氢的整流电源系统

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢的整流电源技术领域，特别是涉及一种电解水制氢的整流电源系统。

背景技术

氢气具有清洁、高效的特点被公认为未来最有潜力的能源载体。目前，制氢以煤化工制氢为主要途径，但采用煤化工制氢存在耗水量大、二氧化碳排放量大等问题，与发展绿色能源的目标背道而驰。除煤化工制氢技术外，电解水制氢污染低、制氢纯度高，是一种高效、清洁的制氢技术。

现有技术中，提出了公开号为CN112410801A，公开日为2021年02月26日的中国发明专利文件，该专利文献所公开的技术方案如下：一种电流源型PWM整流器电解水制氢系统，其中交流微网与PWM整流器单元连接，PWM整流器单元与电解槽连接；监测单元监测电解槽中的氢气产生量和电解槽温度；电流采集单元测量流过电解槽的电流；单元控制单元，连接三相电流源型PWM整流器单元并与中央控制单元通过中央通信单元连接，接收中央控制单元下发的信息，同时上传PWM整流器单元的状态信息给中央控制单元；中央控制单元用于电解槽的电流控制、PWM整流器单元间均流控制、电解槽电流控制以及对电解槽水温的控制。还公开了一种控制方法。通过并联多个整流器单元，实现恒流控制及功率因数控制，确保单元间的电流均分，提高整个制氢系统的电源容量和功率因数。

上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：无法提供更大功率的直流电源，制氢效率低，整流谐波对电网的污染大。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种电解水制氢的整流电源系统，能有效解决谐波对电网污染大的问题，并且能够提供大容量的整流电源。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：包括整流变压器、输入隔离开关、电解槽和整流单元，所述整流变压器采用三绕组变压器，高压侧1个绕组，低压侧2个绕组；所述整流单元采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥并联组成；所述整流变压器的高压侧与电网连接，低压侧经输入隔离开关分别与两组整流桥连接；两组整流桥输出直流电并联后与电解槽连接。

所述整流变压器的低压侧2个绕组其线电压幅值相同，相位相差30°。

还包括两个输出断路器，所述输出断路器输入侧分别与两个整流桥连接，输出侧与电解槽相连。

还包括数字式控制器、输入输出单元、同步采样单元和脉冲触发单元；所述输入输出单元包括数字量模块和模拟量模块，用于接受和发送信号；所述同步采样单元用于分别检测整流桥输入电压及过零点，用于为触发脉冲提供参考信号；所述脉冲触发单元与每个整流桥一一对应，用于接受数字式控制器的触发信号，并将信号放大后驱动晶闸管，所述脉冲触发单元内设有拨码开关，通过控制触发脉冲的延时，用于平均分配每个整流桥的电流。

所述同步采样单元与整流桥的输入回路相连，用于检测电压幅值。

所述整流桥内安装有电流互感器，整流桥出风口处安装有热电阻，所述模拟量模块与电流互感器和热电阻连接，用于检测整流桥和脉冲触发单元的电流和温度。

所述整流变压器配有变压器保护装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：

1、本实用新型中，采用多重并联整流方式，能够有效降低输入的谐波电流，减小对电网的谐波影响。多个整流桥并联扩展，提供更大功率的整流电源。输入隔离开关能够将整流桥和整流变压器有效断开，具有明显的断开点，确保检修人员的安全。

2、整流变压器的低压侧2个绕组其线电压幅值相同，相位相差30°，为两组整流桥提供相位相差30°的输入电压，使整流单元输出12脉的直流电流，不仅可以减少电压侧的谐波，还可以减小直流电流的谐波幅值并提高纹波频率即直流成分更高。

3、所述输出断路器能够快速切断整流桥与电解槽的连接，当故障时能够保护各部件和电解槽免遭破坏。

4、触发脉冲单元的均流技术使整流后产生的直流电源质量更高，有利于提高制氢效率。数字式控制器调节速度快，能根据电解水制氢的负载需求和调度系统的指令，控制整流电源系统的输出大小，能在极短的时间内将电流从零增加到额定值和将电流从额定值降到零；采用电流闭环控制，控制精度高，准确的控制输出电流。

5、所述同步采样单元与输入回路相连，不需要电压互感器，安装方便，可以节省空间，降低成本。

6、模拟量模块采集整流桥的输入电流信号，经过信号调理后送到数字式控制器处理，进而计算得出控制角度从而调节输出电流大小；接受调度系统的电流给定和反馈实际输出电流；与热电阻连接，能够监测整流桥和脉冲触发单元的温度。

7、所述整流变压器配有变压器保护装置，具有比率差动保护、差流速断保护、差流越限告警等保护功能，最够在极端工况下保护电源系统和电解槽免遭破坏。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的原理示意图；

图中标记：

1、整流变压器，2、输入隔离开关，3、电解槽，4、电网，5、输出断路器，6、数字式控制器，7、变压器保护装置，8、同步采样单元，9、脉冲触发单元。

具体实施方式

实施例1

作为本实用新型基本实施方式，本实用新型包括一种电解水制氢的整流电源系统，包括整流变压器1、输入隔离开关2、电解槽3和整流单元。所述整流变压器1采用三绕组变压器，高压侧1个绕组，低压侧2个绕组。所述整流单元采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥并联组成。所述整流变压器1的高压侧与电网4连接，低压侧经输入隔离开关2分别与两组整流桥连接。两组整流桥输出直流电并联后与电解槽3连接。

实施例2

作为本实用新型一较佳实施方式，本实用新型包括一种电解水制氢的整流电源系统，包括整流变压器1、输入隔离开关2、电解槽3、输出断路器5和整流单元。所述整流变压器1采用三绕组变压器，高压侧1个绕组，低压侧2个绕组；低压侧2个绕组其线电压幅值相同，相位相差30°。所述整流单元采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥（SCR1-1…SCR1-n和SCR2-1…SCR2-n）并联组成。所述整流变压器1的高压侧与电网4连接，低压侧经输入隔离开关2分别与两组整流桥连接。整流后输出12脉的直流电流，两组整流桥输出直流电并联后与电解槽3连接。

所述输出断路器5输入侧与整流桥连接，输出侧与电解槽3相连。输入隔离开关2能够将整流桥和整流变压器1有效断开，具有明显的断开点，确保检修人员的安全；输出断路器5能够快速切断整流桥与电解槽3的连接，当故障时能够保护设备和电解槽3免遭破坏。

实施例3

作为本实用新型另一较佳实施方式，本实用新型包括一种电解水制氢的整流电源系统，包括数字式控制器6、输入输出单元、同步采样单元8、脉冲触发单元9、整流变压器1、输入隔离开关2、电解槽3和整流单元。所述数字式控制器6是一种高速运算的微机处理器，运算速度快，根据电解水制氢的负载需求和调度系统的指令，控制整流电源系统的输出大小。其响应速度快，能够在极短的时间内将电流从零增加到额定值和将电流从额定值降到零；采用电流闭环控制，控制精度高，准确的控制输出电流。

所述整流变压器1用于将电网4高压电变成幅值相位合适的电压供整流单元使用。所述整流变压器1采用三绕组变压器，高压侧1个绕组，低压侧2个绕组，低压侧2个绕组其线电压幅值相同，相位相差30°。

所述整流单元用于将交流电源整流成大小可调的直流电源，采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥（SCR1-1…SCR1-n和SCR2-1…SCR2-n）并联组成。所述整流变压器1的高压侧与电网4连接，低压侧经输入隔离开关2分别与两组整流桥连接。整流单元整流后输出12脉的直流电流，两组整流桥输出直流电并联后与电解槽3连接。多个整流桥可以并联扩展，提供更大功率的整流电源。

所述输入隔离开关2用于停机检修时与变压器之间形成明显断点；所述输出断路器5分别输入侧与两个整流桥连接，输出侧与电解槽3相连，用于快速连接或切断电解槽3。

所述输入输出单元包括数字量模块和模拟量模块，用于接受和发送信号。所述同步采样单元8用于分别检测整流桥输入电压及过零点为触发脉冲提供参考信号。所述脉冲触发单元9与每个整流桥一一对应，用于接受数字式控制器6的触发信号，并将信号放大后驱动晶闸管。所述脉冲触发单元9内设有拨码开关，通过控制触发脉冲的延时，用于平均分配每个整流桥的电流。

实施例4

作为本实用新型最佳实施方式，参照说明书附图1，本实用新型包括一种电解水制氢的整流电源系统，包括数字式控制器6、输入输出单元、同步采样单元8、脉冲触发单元9、整流变压器1、输入隔离开关2、输出断路器5、电解槽3和整流单元。

所述数字式控制器6采用高性能微机处理器，具体可以采用贝加莱的X20可编程自动控制器。所述数字式控制器6接口配置灵活，具有便捷的接口扩展功能，支持以太网/串口等多种通讯方式能与远方控制系统通讯。

所述整流变压器1可以采用ZLSCB型专用整流变压器1，三相环氧树脂浇注干式变压器，绕组接线方式为Ddy，d绕组超前y绕组30°。所述整流单元采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥（SCR1-1…SCR1-n和SCR2-1…SCR2-n）并联组成。每个整流桥采用单元化整流桥，结构紧凑，输出能力2000A。整流变压器1的高压侧绕组D与电网4连接，第一组整流桥经输入隔离开关2和变压器绕组y连接，第二组整流桥经另一个输入隔离开关2和变压器绕组d连接，两组整流桥输出分别与输出断路器5连接，两组整流桥输出直流电并联后与电解槽3连接。所述输入隔离开关2采用NH40大电流手动隔离开关，能够将整流桥和整流变压器1有效断开，具有明显的断开点，确保检修人员的安全。所述输出断路器5采用E3H多断口断路器，额定工作电流2500A。

所述整流变压器1还配有变压器保护装置7，具有比率差动保护、差流速断保护、差流越限告警和过温保护等保护功能，最够在极端工况下保护电源系统和电解槽免遭破坏。

所述同步采样单元8分别直接与整流桥的输入回路相连。同一组整流桥的多个三相桥式全控晶闸管整流桥使用一块同步采样单元8，用于检测整流桥输入电压及过零点，用于为触发脉冲提供参考信号。每个整流桥都设有一套脉冲触发单元9用于接受数字式控制器6的触发信号，并将信号放大后驱动晶闸管；脉冲触发单元9内设有拨码开关，实现均流功能，能平均分配每个整流桥的电流；接受保护动作信号，闭锁触发脉冲快速关断电流。

所述输入输出单元包括数字量模块和模拟量模块，用于接受和发送信号。数字量模块与上级控制系统和装置内器件相连，接受上级控制系统的指令和发送相应的控制命令或设备状态信号。所述整流桥内安装有电流互感器，整流桥出风口处安装有热电阻，所述模拟量模块与电流互感器和热电阻连接，用于检测整流桥和脉冲触发单元9的电流和温度。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本实用新型文件后，根据本实用新型的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本实用新型所保护的范围。

Claims (7)

1.一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：包括整流变压器（1）、输入隔离开关（2）、电解槽（3）和整流单元，所述整流变压器（1）采用三绕组变压器，高压侧1个绕组，低压侧2个绕组；所述整流单元采用2+n的并联方式，2表示两组整流桥并联，n表示每组整流桥由n个三相桥式全控晶闸管整流桥并联组成；所述整流变压器（1）的高压侧与电网（4）连接，低压侧经输入隔离开关（2）分别与两组整流桥连接；两组整流桥输出直流电并联后与电解槽（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：所述整流变压器（1）的低压侧2个绕组其线电压幅值相同，相位相差30°。

3.根据权利要求2所述的一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：还包括两个输出断路器（5），所述输出断路器（5）输入侧分别与两个整流桥连接，输出侧与电解槽（3）相连。

4.根据权利要求1或3所述的一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：还包括数字式控制器（6）、输入输出单元、同步采样单元（8）和脉冲触发单元（9）；所述输入输出单元包括数字量模块和模拟量模块，用于接受和发送信号；所述同步采样单元（8）用于分别检测整流桥输入电压及过零点，用于为触发脉冲提供参考信号；所述脉冲触发单元（9）与每个整流桥一一对应，用于接受数字式控制器（6）的触发信号，并将信号放大后驱动晶闸管，所述脉冲触发单元（9）内设有拨码开关，通过控制触发脉冲的延时，用于平均分配每个整流桥的电流。

5.根据权利要求4所述的一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：所述同步采样单元（8）与整流桥的输入回路相连，用于检测电压幅值。

6.根据权利要求4所述的一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：所述整流桥内安装有电流互感器，整流桥出风口处安装有热电阻，所述模拟量模块与电流互感器和热电阻连接，用于检测整流桥和脉冲触发单元（9）的电流和温度。

7.根据权利要求1所述的一种电解水制氢的整流电源系统，其特征在于：所述整流变压器（1）配有变压器保护装置（7）。

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