CN219591448U - 一种氢能源应急发电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种氢能源应急发电控制系统，包括用于氢气存储的储氢单元、用于将氢气转化为电能的氢燃料电堆单元、用于电流转化的并网柜单元、用于对控制系统进行调度控制的管理器单元；储氢单元与氢燃料电堆单元连接有用于氢气输送的氢气管路；储氢单元与氢燃料电堆单元之间还设置有用于控制氢气流量的阀门单元。利用氢气作为能源介质，避免了由柴油作为能源产生的发电噪音大、尾气排放污染大的问题。此外，根据管理器单元获取的并网柜单元、氢燃料电堆单元的实时状态，以及根据并网柜单元输出市电的实际功率来调节氢燃料电堆的发电功率、储氢单元的氢气释放速率，不仅能提高发电电压输出功率的稳定性，还能实现氢气节约。

Description

一种氢能源应急发电控制系统

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种氢能源应急发电控制系统。

背景技术

随着电力技术的不断发展，人们的生活中，电力已经成为了不可或缺的元素之一，这也使得人们对于电力的依赖感越来越强烈，尤其是当面临类似于火灾、地震此类重大自然灾害，又或者是电力异常、故障检修等人为引起的断电情况出现时，失去电力供应的人们会在生活中处处受限，因此就需要在这类情况出现时，能够得到应急电力，以供人们维系正常生活所需。

目前，应急发电系统在应用于应急发电车时，多以柴油为能源，不仅发电时噪音大，其尾气排放污染也会很大，因此，随着新能源的应用不断创新，由氢气作为能源的氢能源逐渐代替了以柴油作为能源，基于氢燃料的氢能动力不仅可以实现零碳排放、无污染的优点，其发电噪音几乎等同于无，作为绿色清洁能源的氢能源，无疑在应急保护供电领域发挥了积极作用。

然而，目前以氢能源作为应急发电的应急发电系统对于氢气的流量以及发电功率的控制尚不完善，使得在利用氢气作为应急发电能源时，出现了很多不必要的氢气损耗，浪费了资源的同时，还提高了成本。此外，氢能源应急发电在实际使用中，如果无法对发电功率进行实时控制调节，会导致氢气供应量与需求峰值无法匹配合适的发电功率，导致发电电压输出不稳定、电路异常等情况发生，严重时，不仅会损害设备元件，造成财产损失，还会出现安全事故，造成人员伤亡。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种氢能源应急发电控制系统，旨在解决发电电压输出稳定性差，氢气损耗量过高的技术问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为提供一种氢能源应急发电控制系统，包括用于氢气存储的储氢单元、用于将氢气转化为电能的氢燃料电堆单元、用于电流转化的并网柜单元、用于对所述控制系统进行调度控制的管理器单元；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元连接有用于氢气输送的氢气管路；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元之间还设置有用于控制氢气流量的阀门单元。

可选的，所述储氢单元为固态金属吸附储氢。

可选的，所述阀门单元包含有用于管路开闭的管路阀门、用于压力调节的调压阀、用于流量调节的流量调节阀。

可选的，所述管理器单元与所述阀门单元的内部元器件通过信号电缆和控制线缆相连接。

可选的，还包括用于进行人机交互的交互单元，所述交互单元与所述管理器单元建立通信连接，用于数据交互。

可选的，所述氢燃料电堆单元中的DC高压输出端与所述并网柜中的DC输入端通过高压线缆进行连接。

可选的，所述并网柜单元的输出端与市电接入点连接，以进行市电并网。

可选的，所述管理器单元与所述储氢单元的内部元器件通过信号电缆和控制线缆相连接。

可选的，所述管理器单元与所述并网柜单元通过信号电缆相连接。

可选的，所述管理器单元与所述氢燃料电堆单元通过信号电缆相连接。

本实用新型提供一种氢能源应急发电控制系统，包括用于氢气存储的储氢单元、用于将氢气转化为电能的氢燃料电堆单元、用于电流转化的并网柜单元、用于对所述控制系统进行调度控制的管理器单元；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元连接有用于氢气输送的氢气管路；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元之间还设置有用于控制氢气流量的阀门单元。利用氢气作为能源介质，可以避免由柴油作为能源产生的发电噪音大、尾气排放污染大的问题。此外，根据管理器单元获取的并网柜单元、氢燃料电堆单元的实时状态来精准调节氢气流量，能够实现氢气节约，解决氢能源作为发电燃料时的氢气损耗量过大的问题，同时，根据并网柜单元输出市电的实际功率来调节氢燃料电堆的发电功率、储氢单元的氢气释放速率，提高发电电压输出功率的稳定性，并进一步实现氢气节约。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本实用新型一实施例提供的一种氢能源应急发电控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的一种氢能源应急发电控制系统的发电流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型实施例，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1是本实用新型一实施例提供的一种氢能源应急发电控制系统的结构示意图。

本实施例提供的一种氢能源应急发电控制系统，包括用于氢气存储的储氢单元1、用于将氢气转化为电能的氢燃料电堆单元2、用于电流转化的并网柜单元3、用于对控制系统进行调度控制的管理器单元4；储氢单元与氢燃料电堆单元连接有用于氢气输送的氢气管路；储氢单元与氢燃料电堆单元之间还设置有用于控制氢气流量的阀门单元5。

其中，储氢单元包含有气氢储罐储氢、固态金属吸附储氢和有机液体吸附储氢，不同类型的存储方式有不同工艺方式对氢气进行存储和释放，本实施例采用固态金属吸附储氢对该氢能源应急发电控制系统进行详细描述。该储氢单元包含有循环水路、水路阀门、水流量调节装置、水路压力测量装置、水路温度测量装置、循环水泵、加热器、氢气管路、氢管路阀门、安全阀、氢气压力测量装置；储氢单元还包括氢气充装入口接口、入口阀门、输出接口、输出阀门。

氢燃料电堆单元用于将氢气转化为电能，其内部包含：质子交换膜、散热器、水流量调节装置、水路压力测量装置、水路温度测量装置、循环水泵、空气过滤器、空气泵、DC高压电池组。

管理器单元用于整个系统的调度控制，用于控制并网柜、氢燃料电堆系统、储氢单元的充、放氢工艺部件、阀门部分的氢气调节输送，本实施例提出的管理器单元包括但不限于PLC(可编程逻辑管理器)、单片机、PC。

并网柜单元分别与氢燃料电堆单元和市电相连接，将氢燃料电堆单元输入的直流电转换成交流电并进行市电并网，具体的，氢燃料电堆单元中的DC高压输出端与并网柜单元中的DC输入端通过高压线缆进行连接，并网柜单元的输出端与市电6接入点进行连接。

阀门单元包括管路阀门、调压阀、流量调节阀，管路阀门用于氢气管路的开闭；调压阀用于对氢气管路内部的压力进行调节；流量调节阀用于对氢气管路内部的氢气流量进行调节，以实现对氢气流量的合理控制，降低氢气损耗量。

氢气管路用于连接储氢单元、阀门单元、氢燃料电堆单元，将氢气从储氢单元输送至氢燃料电堆单元，以供氢燃料电堆单元使用。

此外，本实施例提供的应急发电控制系统还包括有交互单元7(HMI)，用于实现人机交互，以使用户对整个系统进行操作控制。

需要说明的是，管理器单元与储氢单元的内部元器件通过信号线缆、控制线缆直接连接，管理器单元直接控制储氢单元。管理器单元获取储氢单元内部所有工艺位置参数以及控制相应的工艺设备，如：氢气压力、氢气温度、循环水泵、加热器等；在系统进行发电得过程中，管理器单元根据采集到得整个系统数据来自动控制储氢单元的氢气释放速率、以及获取储氢单元实时剩余氢气总量，根据系统发电的实时氢气消耗量来预判当前储氢氢气还能支持系统正常工作多少时间，以及计算出剩余发电功率并在交互单元显示并告知用户。使用户可以做出提前预判，减少发电过程因氢气不足而导致的未知停机。

进一步的，管理器单元与阀门单元的内部元器件通过信号线缆、控制线缆直接连接，管理器单元直接控制阀门单元。如：管路阀门、调压阀、流量调节阀；在系统进行发电的过程中，管理器单元根据采集到的氢燃料电堆系统的实时信息(发电功率、氢气实时消耗量)来实时控制调压阀、流量调节阀从而实现控制氢气流量、氢气压力，最终实现系统氢气节约的效果。

进一步的，管理器单元与氢燃料电堆系统通过信号线缆直接连接，管理器通过通信信息获取氢燃料电堆单元的实时状态数据，如：氢燃料电堆单元状态(如：待机、自检、运行、故障)、氢气进气压力、氢气消耗量、发电功率、输出电压、电池容量百分比等；管理器单元对氢燃料电堆单元进行实时控制，如：启动发电、停止发电、下发发电功率数据等。例如管理器单元在启动发电初期氢气供给量不足时降低发电功率，在氢气供给量达到电堆发电工作需求峰值时增大发电功率。

进一步的，管理器单元与并网柜单元通过信号线缆直接连接，管理器单元通过获取氢燃料电堆单元内部的DC高压电池组容量来实时控制并网柜单元的输出功率，同时也可以根据并网柜单元输出市电的负载功率来实时调节氢燃料电堆单元的发电输出功率，以及储氢单元的氢气释放速率，最终来实现减少氢气消耗。

本实施例提供的一种氢能源应急发电控制系统，包括用于氢气存储的储氢单元、用于将氢气转化为电能的氢燃料电堆单元、用于电流转化的并网柜单元、用于对所述控制系统进行调度控制的管理器单元；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元连接有用于氢气输送的氢气管路；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元之间还设置有用于控制氢气流量的阀门单元。利用氢气作为能源介质，可以避免由柴油作为能源产生的发电噪音大、尾气排放污染大的问题。此外，根据管理器单元获取的并网柜单元、氢燃料电堆单元的实时状态来精准调节氢气流量，能够实现氢气节约，解决氢能源作为发电燃料时的氢气损耗量过大的问题，同时，根据并网柜单元输出市电的实际功率来调节氢燃料电堆的发电功率、储氢单元的氢气释放速率，提高发电电压输出功率的稳定性，并进一步实现氢气节约。

进一步的，结合图2，是本实施例提供的一种氢能源应急发电控制系统的发电流程示意图，对该氢能源应急发电控制系统的发电流程进行详细说明：

(1)启动系统：用户对该氢能源发电系统进行上电启动。

(2)系统自检：控制系统对各单元部件进行自检，获取各单元部件的实时状态，对不满足运行的单元部件在交互单元(HMI)上进行相应的报警提示，用户在交互单元(HMI)上对报警信息进行确认并作出相应的处理；只有在满足系统设定的初始条件后，才能进行后续的发电工作，若交互单元(HMI)上的报警未得到有效处理和清除后续得发电工作不会正常进行。

(3)用户启动发电：在系统自检正常完成后，用户在需要发电时启动发电(可在交互单元(HMI)上进行操作或根据系统实际情况设置得按钮等信号输入装置上进行操作)。

(4)储氢单元启动供氢：管理器控制储氢单元进行放氢至氢燃料电堆，针对不同的储氢方式有不同的工艺流程进行放氢，此处仅对“固态金属吸附储氢”这一类进行描述放氢过程；系统打开水路阀门、启动循环水泵、根据水路温度测量装置反馈的实时温度数据结合放氢工艺参数对加热器进行实时控制以获取理想的循环水温，固态金属经过温度的变化释放吸附在金属上的氢气，打开氢管路阀门释放氢气至外部管路。

(5)氢燃料电堆启动发电：管理器将发电请求信号写入至氢燃料电堆系统；氢燃料电堆在接收到管理器发来的发电请求后启动自身系统进行控制相关设备，如：循环水泵、空气泵、散热器等。将经过管路来的氢气转化成电能并存入DC电池组；

需要说明的是，信号写入方式包括但不限于通讯方式、干接点方式，其中通讯方式包括但不限于CAN通讯、MODBUS通讯、PROFINET通讯，EtherCAT通讯，干接点方式包括有源信号、无源信号，本实施例不对信号写入方式做过多限定，可以理解的是，任何将发电请求信号写入至电堆单元的信号写入方式均纳入本实施例的保护范围。

(6)并网柜输出市电：管理器根据读取到的电堆数据中的DC电池组容量数据来对并网柜进行下发控制数据，并网柜在收到管理器下发的指令后，将DC转为AC并输送至市电电网上。

采用本实施例提供的应急发电系统，通过管理器单元实时采集获取并网柜单元、氢燃料电堆的实时状态来精准调节氢气流量，通过采集获取并网柜输出市电的实际功率来调节氢燃料电堆的发电功率、储氢单元的氢气释放速率，实现了发电量的可变和可控，提高了发电电压输出的稳定性，并减少了氢气消耗，实现了氢气的节约。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，包括用于氢气存储的储氢单元、用于将氢气转化为电能的氢燃料电堆单元、用于电流转化的并网柜单元、用于对所述控制系统进行调度控制的管理器单元；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元连接有用于氢气输送的氢气管路；所述储氢单元与所述氢燃料电堆单元之间还设置有用于控制氢气流量的阀门单元。

2.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述储氢单元为固态金属吸附储氢。

3.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述阀门单元包含有用于管路开闭的管路阀门、用于压力调节的调压阀、用于流量调节的流量调节阀。

4.根据权利要求3所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述管理器单元与所述阀门单元的内部元器件通过信号电缆和控制线缆相连接。

5.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，还包括用于进行人机交互的交互单元，所述交互单元与所述管理器单元建立通信连接，用于数据交互。

6.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述氢燃料电堆单元中的DC高压输出端与所述并网柜中的DC输入端通过高压线缆进行连接。

7.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述并网柜单元的输出端与市电接入点连接，以进行市电并网。

8.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述管理器单元与所述储氢单元的内部元器件通过信号电缆和控制线缆相连接。

9.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述管理器单元与所述并网柜单元通过信号电缆相连接。

10.根据权利要求1所述的一种氢能源应急发电控制系统，其特征在于，所述管理器单元与所述氢燃料电堆单元通过信号电缆相连接。