CN219938226U - 一种制氢电源装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制氢电源装置，包括柜体、交流断路器、三相滤波电抗器、AC‑DC模块、DC‑DC模块、单相斩波电抗器和负荷开关，所述柜体内设有隔板，用于将柜体分隔成前后两个安装腔体，分别为交流侧安装腔体和直流侧安装腔体，所述交流断路器、三相滤波电抗器和AC‑DC模块安装于所述交流侧安装腔体内，所述DC‑DC模块、单相斩波电抗器和负荷开关安装于所述直流侧安装腔体内。本实用新型还公开了一种制氢电源系统，包括底座、主控柜和多个如上所述的制氢电源装置，所述主控柜和多个制氢电源装置的柜体并排布置于所述底座上。本实用新型结构简单，布置合理，成本低，可适用于不同容量制氢电源的灵活配置。

Description

一种制氢电源装置及系统

技术领域

本实用新型主要涉及制氢技术领域，具体涉及一种制氢电源装置及系统。

背景技术

在制氢系统中，连接电解槽和各类电网的核心设备——制氢电源，需要由可靠的功率器件来实现。目前基于晶闸管整流电路的制氢电源由于技术成熟且成本低，已经在大电流工业中应用了很长时间。然而，晶闸管的使用会产生大量谐波，降低系统的功率因数，并会增加系统外的损耗；此外，晶闸管制氢电源在大功率场景下应用时为降低谐波需要配置有载调压装置，这会严重影响系统的响应时间。因此行业逐步推动以IGBT(绝缘栅双极型晶体管)为主要功率器件的变流器作为绿电制氢的大功率电源。IGBT制氢电源效率高，纹波小，控制精准，功率因数高，电网谐波小，系统响应快，具备无功补偿能力，非常适应大规模绿电制氢复杂电网的需求，且能有效提高电解制氢的能效比。

通常制氢电解槽是一个低压大电流系统，设备电流达到几十千安培，相比晶闸管电源的大电流特性，IGBT电源电流能力输出只有几千安培，因此为了实现制氢系统大功率电源的需求，常会将多套IGBT电源装置进行并联，以达到同等的电流输出能力。但是将多套装置并联后集中在一起工作，会产生大量热量，如果不能有效散热，将导致内部元器件损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单，布置合理，交流以及直流区域界线清晰，提高装置工作可靠性的制氢电源装置及系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种制氢电源装置，包括柜体、交流断路器、三相滤波电抗器、AC-DC模块、DC-DC模块、单相斩波电抗器和负荷开关，所述柜体内设有隔板，用于将柜体分隔成前后两个安装腔体，分别为交流侧安装腔体和直流侧安装腔体，所述交流断路器、三相滤波电抗器和AC-DC模块安装于所述交流侧安装腔体内，所述DC-DC模块、单相斩波电抗器和负荷开关安装于所述直流侧安装腔体内。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述三相滤波电抗器位于交流侧安装腔体的下部，所述交流断路器和AC-DC模块并排布置在交流侧安装腔体的上部；所述单相斩波电抗器位于直流侧安装腔体的下部，所述DC-DC模块和负荷开关并排布置在直流侧安装腔体的上部。

所述AC-DC模块和DC-DC模块分别位于隔板的两侧呈背靠背式布置，并通过低感母排连接。

所述柜体于交流侧安装腔体的一侧设有交流排连接区，所述柜体于直流侧安装腔体的一侧设有直流排连接区。

所述AC-DC模块、DC-DC模块、三相滤波电抗器和单相斩波电抗器均配置有独立的水冷模块。

所述隔板的下部安装有水风换热器，所述隔板的上部设有通风孔，所述直流侧安装腔体下部的空气经水风换热器换热后，吹入至交流侧安装腔体的下部，经交流侧安装腔体上部后，再经通风孔吹入至直流侧安装腔体的上部，进而形成空气循环。

本实用新型还公开了一种制氢电源系统，包括底座、主控柜和多个如上所述的制氢电源装置，所述主控柜和多个制氢电源装置的柜体并排布置于所述底座上。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述底座为槽钢底座。

所述槽钢底座上设有便于吊装的吊装柱。

所述槽钢底座上设有便于叉车叉运的叉车孔。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的制氢电源装置，通过前级AC-DC模块和后级DC-DC模块的两级拓扑架构，保证电源交流侧电能质量和电解槽良好的供电质量；通过隔板将柜体内部分隔成前后两个安装腔体，其中交流侧的部件(交流断路器、三相滤波电抗器和AC-DC模块)安装于交流侧腔体内，直流侧的部件(DC-DC模块、单相斩波电抗器和负荷开关)则安装于直流侧腔体内，对应的交流以及直流区域界线清晰，减少交直流之间的相互干扰，提高整个装置工作的可靠性。

本实用新型的制氢电源装置，通过多重化设计解决了同类不同容量的电源装置重复设计工作，实现制氢电源系统不同容量的灵活配置，降低制造难度，提高了制造效率，同时节约了成本。

本实用新型的制氢电源系统，集多重结构为一体，减少现场柜体间并柜铜排安装、水路管件施工时间；集中布局，方便进、出接线，有利于实现多重并联支路的均流性，也可节省汇流母排用量，降低成本，也降低成套制氢设备间的调试时间。

附图说明

图1为本实用新型的制氢电源装置在实施例的电路原理图。

图2为本实用新型的制氢电源装置在实施例的主视结构图。

图3为本实用新型的制氢电源装置在实施例的后视结构图。

图4为本实用新型的制氢电源装置在实施例的侧视结构图。

图5为本实用新型的制氢电源系统在实施例的电路原理图。

图6为本实用新型的制氢电源系统在实施例的主视结构图

图例说明：1、柜体；101、隔板；1011、水风换热器；1012、通风孔；102、交流侧安装腔体；103、直流侧安装腔体；104、交流排连接区；105、直流排连接区；105、水管连接区；2、交流断路器；3、三相滤波电抗器；4、AC-DC模块；5、DC-DC模块；6、单相斩波电抗器；7、负荷开关；8、低感母排；9、主控柜；10、底座。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

本实用新型实施例的制氢电源装置，采用PWM整流模块和降压斩波两级拓扑架构，即前级AC-DC模块4和后级DC-DC模块5，其中前级AC-DC模块4实现交直流的转化，后级DC-DC模块5则实现后续输出总电压的控制。具体电路构成如图1所示，包括柜体1、交流断路器2、三相滤波电抗器3、AC-DC模块4、DC-DC模块5、单相斩波电抗器6和负荷开关7，其中交流断路器2、三相滤波电抗器3、AC-DC模块4、DC-DC模块5、单相斩波电抗器6和负荷开关7依次电气相连(具体通过铜排等进行电气连接)。在具体结构中，如图2-4所示，柜体1内设有隔板101，用于将柜体1内部分隔成前后两个安装腔体，分别为交流侧安装腔体102和直流侧安装腔体103，交流断路器2、三相滤波电抗器3和AC-DC模块4安装于交流侧安装腔体102内，DC-DC模块5、单相斩波电抗器6和负荷开关7安装于直流侧安装腔体103内；柜体1的前后两侧均开设有柜门，方便对各腔体内的部件进行操作以及维护。

具体地，如图2所示，三相滤波电抗器3位于交流侧安装腔体102的下部，交流断路器2和AC-DC模块4并排布置在交流侧安装腔体102的上部；单相斩波电抗器6位于直流侧安装腔体103的下部，DC-DC模块5和负荷开关7并排布置在直流侧安装腔体103的上部，如图3所示。上述各部件安装布局合理，节省了空间，提高了容量密度。

其中，如图4所示，AC-DC模块4和DC-DC模块5分别位于隔板101的两侧呈背靠背式布置，并通过低感母排8连接，大大节约了柜体1的横向空间，降低了低感值。另外，柜体1于交流侧安装腔体102的一侧设有交流排连接区104，柜体1于直流侧安装腔体103的一侧设有直流排连接区105，上述交流排连接区104和直流排连接区105对应的接口均统一，可满足后续多个柜体1之间的快速组合。

本实用新型的制氢电源装置，通过前级AC-DC模块4和后级DC-DC模块5的两级拓扑架构，保证电源交流侧电能质量和电解槽良好的供电质量；通过隔板101将柜体1内部分隔成前后两个安装腔体，其中交流侧的部件(交流断路器2、三相滤波电抗器3和AC-DC模块4)安装于交流侧安装腔体102内，直流侧的部件(DC-DC模块5、单相斩波电抗器6和负荷开关7)则安装于直流侧安装腔体103内，对应的交流以及直流区域界线清晰，减少交直流之间的相互干扰，提高整个装置工作的可靠性。

在一具体实施例中，AC-DC模块4、DC-DC模块5、三相滤波电抗器3和单相斩波电抗器6均配置有独立的水冷模块(图中未示出)，各水冷模块通过水管等连接；其中柜体1的下部一侧设置有水管连接区105，用于将水冷模块与其它柜体1内的水冷模块或外界设备连接。其中隔板101的下部安装有水风换热器1011(自带风机)，隔板101的上部设有通风孔1012，直流侧安装腔体103下部的空气经水风换热器1011换热后，吹入至交流侧安装腔体102的下部，经交流侧安装腔体102上部后，再经通风孔1012吹入至直流侧安装腔体103的上部，进而形成空气循环。其中AC-DC模块4、DC-DC模块5和电抗器产生的热量由对应的水冷模块带走，辐射热量和器件连接铜排热量由水风换热器1011带走。通过上述水冷和风冷的联合散热，水风换热器1011在柜内有效形成二级散热，极大的降低了柜体1的内部温度，提高了电源装置工作的稳定性。

当然，上述柜体1的布置也适用于AC/DC单极IGBT电源装置，将柜体1内的DC-DC模块5及单相斩波电抗器6去除即可。

如图5-6所示，本实用新型实施例的制氢电源系统，包括底座10、主控柜9和多个如上所述的制氢电源装置，主控柜9和多个制氢电源装置的柜体1并排集成布置于底座10上。其中制氢电源装置的柜体1上不设置操作和灯显器件，都集成至主控柜9中，从而简化柜门设计，并方便制氢电源系统的集中操作；其中整体的交流接线端位于主控柜9的后方顶部，整体的直流接线端则位于主控柜9的后方底部。

具体地，上述制氢电源系统包括多重功率支路(如4个柜体1，也称功率柜)和一个主控柜9，实现模块化设计，可以实现不同电源容量的输出，也可实现容量的冗余，快速对故障支路切除，不影响制氢产能。其中功率柜直流侧的主电路(斩波电路)中也采用多重设计，通过采用多重错相控制，提高等效开关频率，有效地降低输出电流纹波，从而保证供电质量。

本实用新型的制氢电源系统，通过多重化设计解决了同类不同容量的电源装置重复设计工作，实现制氢电源系统不同容量的灵活配置，降低制造难度，提高了制造效率，同时节约了成本。

在一具体实施例中，柜体1的骨架采用金属型材(不限于九折型材)焊接而成，底座10则为槽钢底座，对应的柜体1和主控柜9则通过螺栓等连接件固定在槽钢底座上。另外在槽钢底座上设有便于吊装的吊装柱以及便于叉车叉运的叉车孔(图中未示出)，从而满足不同制氢电源场景下的起吊需求，便于转运。

本实用新型的制氢电源系统，集多重结构为一体，减少现场柜体1间并柜铜排安装、水路管件施工时间；集中布局，方便进、出接线，有利于实现多重并联支路的均流性，也可节省汇流母排用量，降低成本，也降低成套制氢设备间的调试时间。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，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原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种制氢电源装置，其特征在于，包括柜体(1)、交流断路器(2)、三相滤波电抗器(3)、AC-DC模块(4)、DC-DC模块(5)、单相斩波电抗器(6)和负荷开关(7)，所述柜体(1)内设有隔板(101)，用于将柜体(1)分隔成前后两个安装腔体，分别为交流侧安装腔体(102)和直流侧安装腔体(103)，所述交流断路器(2)、三相滤波电抗器(3)和AC-DC模块(4)安装于所述交流侧安装腔体(102)内，所述DC-DC模块(5)、单相斩波电抗器(6)和负荷开关(7)安装于所述直流侧安装腔体(103)内。

2.根据权利要求1所述的制氢电源装置，其特征在于，所述三相滤波电抗器(3)位于交流侧安装腔体(102)的下部，所述交流断路器(2)和AC-DC模块(4)并排布置在交流侧安装腔体(102)的上部；所述单相斩波电抗器(6)位于直流侧安装腔体(103)的下部，所述DC-DC模块(5)和负荷开关(7)并排布置在直流侧安装腔体(103)的上部。

3.根据权利要求2所述的制氢电源装置，其特征在于，所述AC-DC模块(4)和DC-DC模块(5)分别位于隔板(101)的两侧呈背靠背式布置，并通过低感母排(8)连接。

4.根据权利要求2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述柜体(1)于交流侧安装腔体(102)的一侧设有交流排连接区(104)，所述柜体(1)于直流侧安装腔体(103)的一侧设有直流排连接区(105)。

5.根据权利要求1或2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述AC-DC模块(4)、DC-DC模块(5)、三相滤波电抗器(3)和单相斩波电抗器(6)均配置有独立的水冷模块。

6.根据权利要求5所述的制氢电源装置，其特征在于，所述隔板(101)的下部安装有水风换热器(1011)，所述隔板(101)的上部设有通风孔(1012)，所述直流侧安装腔体(103)下部的空气经水风换热器(1011)换热后，吹入至交流侧安装腔体(102)的下部，经交流侧安装腔体(102)上部后，再经通风孔(1012)吹入至直流侧安装腔体(103)的上部，进而形成空气循环。

7.一种制氢电源系统，其特征在于，包括底座(10)、主控柜(9)和多个如权利要求1-6中任意一项所述的制氢电源装置，所述主控柜(9)和多个制氢电源装置的柜体(1)并排布置于所述底座(10)上。

8.根据权利要求7所述的制氢电源系统，其特征在于，所述底座(10)为槽钢底座。

9.根据权利要求8所述的制氢电源系统，其特征在于，所述槽钢底座上设有便于吊装的吊装柱。

10.根据权利要求8所述的制氢电源系统，其特征在于，所述槽钢底座上设有便于叉车叉运的叉车孔。