低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法，属于光伏放电技术领域。本发明专利技术首先提出了一种低压大功率光伏制氢电源装置，包括光伏升压变换器组、光伏逆变器组、网侧三相电感、中频降压变压器、四个相同的三相二极管整流桥、低压滤波电路和制氢装置。本发明专利技术控制方法通过控制调节光伏升压变换器组的光伏电压使光伏升压变换器组输出一定功率，然后，通过控制光伏逆变器组将功率传输到中频降压变压器，最后，通过中频降压变压器将功率经过三相二极管整流桥和低压滤波电路传输到制氢装置。本发明专利技术低压大功率光伏制氢电源装置实现制氢装置稳定运行，满足了低压大功率光伏制氢的要求，且易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法
本专利技术属于光伏放电
，提供了一种低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法。
技术介绍
目前，氢能作为清洁低碳、安全高效的可再生能源，可以为社会发展解决环境资源等问题。同时，在电能质量等一些方面，光伏这一可再生能源的使用严重降低了光电的利用率，而制氢装置在电能质量方面体现出强适应性的优势，将光伏发电与清洁高效的氢能进行结合，是解决可再生能源发展瓶颈的有效途径。光伏制氢也作为一种新兴的制氢技术正逐渐成为制氢产业的的发展方向。但是，目前光伏制氢产业工艺还不是很成熟，存在一些问题需要解决。首先，现有的光伏制氢电源装置绝大多数单体容量小，产氢少，离大规模、大容量的工业化生存还有一定的距离；其次，光伏制氢电源装置由于各自的控制方法的复杂或者不足而导致装置的可靠性、稳定性还不够，这也会很大降低装置的转换效率；最后，满足输出低压且大功率运行的光伏制氢电源装置在光伏制氢技术方面还没有开始大范围研究。对于低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法，部分专家学者给出了一些方法：题为“用DC/DC变换器进行光伏直接耦合制氢的优化方法”，(《电源技术》，2018年第42卷第11期1668～1671)的文章提出光伏单元和制氢装置采用直流变换器直接耦合的制氢方法，文中采用的直流变换器装置虽然结构简单，但其装置能满足的容量过小，而且也没有提到能否实现输出低压制氢。题为“含混合储能的光伏发电制氢系统控制策略研究”(河北科技大学，2020年)的文章提出了含混合储能的光伏发电制氢结构和相关的控制策略，但是此文章提出的光伏制氢虽然可以满足大容量的需求，但是其拓扑结构因此较为复杂；同时文章中的控制策略也因为拓扑结构的复杂而繁琐。题为“太阳能制氢直接耦合连接技术能量传递研究”，(《电源技术》，2014年第38卷第01期63～66)的文章提出多种不同的光伏阵列与制氢装置结构的匹配方式，从而从中找到最佳配置方式，然而文中并没有进行相关仿真实验研究来验证系统的稳定性、可靠性，而且因为将光伏阵列与制氢装置直接连接，所以也无法满足装置大容量的要求。上述文献虽然都对光伏制氢电源装置的设计，但是都存在不足之处，具体存在问题如下：1、现有的光伏制氢电源装置在单体容量大、转换效率高、装置可靠性高等方面很难同时兼顾。2、多数光伏制氢电源装置为了实现大容量，需要复杂的装置结构，也因此导致其控制方法较为繁琐。3、对于满足输出低压且大功率运行的光伏制氢电源装置还没有大范围详细说明。
技术实现思路
为了克服以上提到的光伏制氢所存在的问题，针对光伏制氢电源单体容量小、转换效率低、装置设备可靠性低等问题，提供一种低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法。本专利技术的目的是这样实现的，本专利技术提供了一种低压大功率光伏制氢电源装置，包括一个光伏升压变换器组、一个光伏逆变器组、一个变压器侧三相电感、一个中频降压变压器、整流桥组、一个低压滤波电路和一个制氢装置；所述的光伏升压变换器组由M个相同的光伏升压变换器模块组成，在每个光伏升压变换器模块中均包含了一个光伏发电单元、一个变换器电感、一个三极管、一个变换器二极管和一个变换器输出电容，其中，光伏发电单元输出端包括输出直流正母线和输出直流负母线，所述输出直流正母线与变换器电感串联后与变换器二极管串联，三极管的一端接在变换器电感与变换器二极管之间、另一端接输出直流负母线，变换器输出电容的一端接在变换器二极管之后、另一端接输出直流负母线，M个光伏升压变换器模块的M个变换器输出电容互相并联后，构成光伏升压变换器组的输出端；M为正整数；所述光伏逆变器组由N个相同的逆变器模块组成，N个相同的逆变器模块的直流输入侧互相并联后与光伏升压变换器组的输出端串联；在每个逆变器模块中均包含了一个三电平三桥臂逆变器、一个桥臂侧三相电感、一个三相断路器和一个三相滤波电容，其中，三电平三桥臂逆变器的输出端与桥臂侧三相电感串联，桥臂侧三相电感和三相断路器串联，三相滤波电容接入桥臂侧三相电感和三相断路器之间；N个逆变器模块的N个断路器并联后与变压器侧三相电感串联；N为正整数，N≠M；所述中频降压变压器包括一个高压绕组和四个低压绕组，所述整流桥组包括四个相同的三相二极管整流桥，所述变压器侧三相电感与中频降压变压器的输入端串联，中频降压变压器的四个低压绕组输出端分别与四个三相二极管整流桥的输入端相连接；所述低压滤波电路组为LC滤波电路，包括一个直流滤波电感和一个直流输出滤波电容；四个三相二极管整流桥的输出端的正极并联在一起后构成整流桥组输出端正母线，四个三相二极管整流桥的输出端的负极并联在一起构成整流桥组输出端负母线，直流滤波电感的一端与整流桥组输出端正母线相连接，直流输出滤波电容的正极接直流滤波电感的另一端，直流输出滤波电容的负极接整流桥组输出端负母线，直流输出滤波电容并联接入制氢装置。优选地，所述三相滤波电容呈三角形连接方式。本专利技术还提供了一种低压大功率光伏制氢电源装置的控制方法，包括以下步骤：步骤1，采样及坐标变换步骤1.1，参数设定将M个相同的光伏升压变换器模块中任意一个记为光伏升压变换器模块k,k＝1,2,…,M，将光伏升压变换器模块k中的光伏发电单元记为光伏发电单元k、光伏升压变换器模块k中的变换器电感记为变换器电感Lboostk、光伏升压变换器模块k中的变换器二极管记为变换器二极管VDk、光伏升压变换器模块k中的三极管记为三极管Tk、光伏升压变换器模块k中的变换器输出电容记为变换器输出电容Cdck；将N个相同的逆变器模块的任一个逆变器模块设为主逆变器模块，其他N-1个逆变器模块设为从逆变器模组并记为从逆变器模块i，i＝2,3,…,N；将主逆变器模块中的三电平三桥臂逆变器记为主逆变器、主逆变器模块中的桥臂侧三相电感记为主桥臂侧电感L1、主逆变器模块中的三相断路器记为主断路器S1、主逆变器模块中的三相滤波电容记为主滤波电容C1，将从逆变器模块i中的的三电平三桥臂逆变器记为从逆变器i、从逆变器模块i中的桥臂侧三相电感记为从桥臂侧电感Li、从逆变器模块i中的三相断路器记为从断路器Si、从逆变器模块i中的三相滤波电容记为从滤波电容Ci；步骤1.2，采样及坐标变换所述采样包括采集以下数据：光伏发电单元k的直流输出电压Upv_k；主逆变器的主桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c，主逆变器中的主滤波电容电压uC1a,uC1b,uC1c，从逆变器i的从桥臂侧电感电流iLia,iLib,iLic，从逆变器i中的从滤波电容电压uCia,uCib,uCic；中频降压变压器输入侧交流电压ua,ub,uc、直流输出滤波电容电压Um；对主桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c进行单同步旋转坐标变换得到主桥臂侧电感电流dq分量ILd,ILq，对从桥臂侧电感电流iLia,iLib,iLic进行单同步旋转坐标变换得到从桥臂侧电感电流dq分量ILdi,ILqi，对主滤波电容电压uC1a,uC1b,uC1c进行单同步旋转坐标变换得到主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压大功率光伏制氢电源装置，其特征在于，包括一个光伏升压变换器组、一个光伏逆变器组、一个变压器侧三相电感、一个中频降压变压器、整流桥组、一个低压滤波电路和一个制氢装置；/n所述的光伏升压变换器组由M个相同的光伏升压变换器模块组成，在每个光伏升压变换器模块中均包含了一个光伏发电单元、一个变换器电感、一个三极管、一个变换器二极管和一个变换器输出电容，其中，光伏发电单元输出端包括输出直流正母线和输出直流负母线，所述输出直流正母线与变换器电感串联后与变换器二极管串联，三极管的一端接在变换器电感与变换器二极管之间、另一端接输出直流负母线，变换器输出电容的一端接在变换器二极管之后、另一端接输出直流负母线，M个光伏升压变换器模块的M个变换器输出电容互相并联后，构成光伏升压变换器组的输出端；M为正整数；/n所述光伏逆变器组由N个相同的逆变器模块组成，N个相同的逆变器模块的直流输入侧互相并联后与光伏升压变换器组的输出端串联；在每个逆变器模块中均包含了一个三电平三桥臂逆变器、一个桥臂侧三相电感、一个三相断路器和一个三相滤波电容，其中，三电平三桥臂逆变器的输出端与桥臂侧三相电感串联，桥臂侧三相电感和三相断路器串联，三相滤波电容接入桥臂侧三相电感和三相断路器之间；N个逆变器模块的N个断路器并联后与变压器侧三相电感串联；N为正整数，N≠M；/n所述中频降压变压器包括一个高压绕组和四个低压绕组，所述整流桥组包括四个相同的三相二极管整流桥，所述变压器侧三相电感与中频降压变压器的输入端串联，中频降压变压器的四个低压绕组输出端分别与四个三相二极管整流桥的输入端相连接；所述低压滤波电路组为LC滤波电路，包括一个直流滤波电感和一个直流输出滤波电容；四个三相二极管整流桥的输出端的正极并联在一起后构成整流桥组输出端正母线，四个三相二极管整流桥的输出端的负极并联在一起构成整流桥组输出端负母线，直流滤波电感的一端与整流桥组输出端正母线相连接，直流输出滤波电容的正极接直流滤波电感的另一端，直流输出滤波电容的负极接整流桥组输出端负母线，直流输出滤波电容并联接入制氢装置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低压大功率光伏制氢电源装置，其特征在于，包括一个光伏升压变换器组、一个光伏逆变器组、一个变压器侧三相电感、一个中频降压变压器、整流桥组、一个低压滤波电路和一个制氢装置；
所述的光伏升压变换器组由M个相同的光伏升压变换器模块组成，在每个光伏升压变换器模块中均包含了一个光伏发电单元、一个变换器电感、一个三极管、一个变换器二极管和一个变换器输出电容，其中，光伏发电单元输出端包括输出直流正母线和输出直流负母线，所述输出直流正母线与变换器电感串联后与变换器二极管串联，三极管的一端接在变换器电感与变换器二极管之间、另一端接输出直流负母线，变换器输出电容的一端接在变换器二极管之后、另一端接输出直流负母线，M个光伏升压变换器模块的M个变换器输出电容互相并联后，构成光伏升压变换器组的输出端；M为正整数；
所述光伏逆变器组由N个相同的逆变器模块组成，N个相同的逆变器模块的直流输入侧互相并联后与光伏升压变换器组的输出端串联；在每个逆变器模块中均包含了一个三电平三桥臂逆变器、一个桥臂侧三相电感、一个三相断路器和一个三相滤波电容，其中，三电平三桥臂逆变器的输出端与桥臂侧三相电感串联，桥臂侧三相电感和三相断路器串联，三相滤波电容接入桥臂侧三相电感和三相断路器之间；N个逆变器模块的N个断路器并联后与变压器侧三相电感串联；N为正整数，N≠M；
所述中频降压变压器包括一个高压绕组和四个低压绕组，所述整流桥组包括四个相同的三相二极管整流桥，所述变压器侧三相电感与中频降压变压器的输入端串联，中频降压变压器的四个低压绕组输出端分别与四个三相二极管整流桥的输入端相连接；所述低压滤波电路组为LC滤波电路，包括一个直流滤波电感和一个直流输出滤波电容；四个三相二极管整流桥的输出端的正极并联在一起后构成整流桥组输出端正母线，四个三相二极管整流桥的输出端的负极并联在一起构成整流桥组输出端负母线，直流滤波电感的一端与整流桥组输出端正母线相连接，直流输出滤波电容的正极接直流滤波电感的另一端，直流输出滤波电容的负极接整流桥组输出端负母线，直流输出滤波电容并联接入制氢装置。


2.根据权利要求1所述的一种低压大功率光伏制氢电源装置，其特征在于，所述三相滤波电容呈三角形连接方式。


3.根据权利要求1所述的一种低压大功率光伏制氢电源装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采样及坐标变换
步骤1.1，参数设定
将M个相同的光伏升压变换器模块中任意一个记为光伏升压变换器模块k,k＝1,2,…,M，将光伏升压变换器模块k中的光伏发电单元记为光伏发电单元k、光伏升压变换器模块k中的变换器电感记为变换器电感Lboostk、光伏升压变换器模块k中的变换器二极管记为变换器二极管VDk、光伏升压变换器模块k中的三极管记为三极管Tk、光伏升压变换器模块k中的变换器输出电容记为变换器输出电容Cdck；
将N个相同的逆变器模块的任一个逆变器模块设为主逆变器模块，其他N-1个逆变器模块设为从逆变器模组并记为从逆变器模块i，i＝2,3,…,N；将主逆变器模块中的三电平三桥臂逆变器记为主逆变器、主逆变器模块中的桥臂侧三相电感记为主桥臂侧电感L1、主逆变器模块中的三相断路器记为主断路器S1、主逆变器模块中的三相滤波电容记为主滤波电容C1，将从逆变器模块i中的的三电平三桥臂逆变器记为从逆变器i、从逆变器模块i中的桥臂侧三相电感记为从桥臂侧电感Li、从逆变器模块i中的三相断路器记为从断路器Si、从逆变器模块i中的三相滤波电容记为从滤波电容Ci；
步骤1.2，采样及坐标变换
所述采样包括采集以下数据：光伏发电单元k的直流输出电压Upv_k；主逆变器的主桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c，主逆变器中的主滤波电容电压uC1a,uC1b,uC1c，从逆变器i的从桥臂侧电感电流iLia,iLib,iLic，从逆变器i中的从滤波电容电压uCia,uCib,uCic；中频降压变压器输入侧交流电压ua,ub,uc、直流输出滤波电容电压Um；
对主桥臂侧电感电流iL1a,iL1b,iL1c进行单同步旋转坐标变换得到主桥臂侧电感电流dq分量ILd,ILq，对从桥臂侧电感电流i...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，汪浩东，吴梓群，徐韫钰，李研，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34