【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制氢电源，尤其涉及一种光伏耦合制氢电源装置、系统及控制方法。
技术介绍
1、氢能既是一种清洁无碳、应用场景丰富的二次能源，也是重要的工业原料。通过制氢装置将新能源电能转换成氢能，是一种理想的新能源消纳的方式。光伏系统直流耦合制氢即是将光伏系统输出的电能直接连接制氢电源，不仅能够有效的消纳新能源，且光伏系统直流耦合制氢中无需使用中间变换器，能够实现电能的高效利用。
2、现有技术中，针对于光伏系统直流耦合制氢通常是采用光伏单级制氢电源，即将光伏面板直接连接制氢电源，制氢电源后级直接连接电解槽，该类方案会存在以下问题：
3、1、荷随源动：制氢电解槽的能量供应完全来源于前级光伏发电系统，因而制氢电解槽的工作状态极度依赖于前级光伏发电系统的能量供应能力，一旦能量供应不足即需要切除制氢电解槽，因而运行过程中需要频繁切除和投入电解槽，导致电解槽的工况频繁切换，影响制氢的稳定运行以及运行效率。
4、2、控制复杂度高：由于是采用单级制氢电源系统，制氢电源一方面需要实现光伏面板的mppt功能，也需要维持后级制氢电解槽的工作电压，而依靠制氢电源就难以同时实现光伏面板的mppt控制输出及制氢电源的输出稳压控制，甚至可能是无法实现的，不仅控制复杂度高，且控制效果不佳，实际难以维持制氢电解槽的稳定工作电压。
5、综上，传统光伏单级制氢电源会存在运行稳定性差，需要依赖于前级光伏发电系统的能量供应，且控制复杂度高、控制效果不佳的问题。而如果采用大容量多新能源单元并联的方式来提高制氢供能的能量，由于均
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、成本低、稳定性与效率高且控制复杂度低、灵活性强的光伏耦合制氢电源装置、系统及实现方法简单、控制复杂度低、控制精度与效率高的控制方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
3、一种光伏耦合制氢电源装置，包括：第一电源模块以及第二电源模块，所述第一电源模块的输入端连接光伏系统的直流母线，输出端连接制氢电解槽，所述第一电源模块的输入端还通过所述第二电源模块连接储能系统或发电系统，所述第一电源模块用于接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，所述第二电源模块用于接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换以通过所述第一电源模块向所述制氢电解槽提供补充的电能，或接入所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
4、进一步的，所述第一电源模块包括相互连接的第一直流变换单元以及第二直流变换单元，所述第一直流变换单元将光伏系统的直流母线的直流电压或所述第二电源模块输出的直流电压转换为恒定的直流电压，输出给所述第二直流变换单元，由所述第二直流变换单元对接收到的恒定的直流电压进行升/降压，得到升/降压后的直流电提供给所述制氢电解槽。
5、进一步的，所述第一直流变换单元为升降压斩波结构的直流稳压电路。
6、进一步的，所述第二直流变换单元为llc型或dab拓扑结构的隔离变换电路。
7、进一步的，若所述第二电源模块连接储能系统或发电系统的交流母线，所述第二电源模块为ac/dc型双向变流电源，若所述第二电源模块连接储能系统或发电系统的直流母线，所述第二电源模块为dc/dc型双向变流电源。
8、进一步的，还包括分别与所述第一电源模块以及第二电源模块连接的控制模块，以用于优先控制所述第一电源模块接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，当所述光伏系统提供的能量不足时控制所述第二电源模块接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换，以通过所述第一电源模块向所述制氢电解槽提供补充的电能，当所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求时，控制所述第二电源模块接收所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
9、进一步的，还包括与所述控制模块连接的测压模块，以用于监测直流母线电压的变化趋势，输出给所述控制模块。
10、进一步的，所述控制模块接入所述测压模块输出的直流母线电压的变化趋势，控制所述第二电源模块的输出，以控制提供的能量与所述制氢电解槽所需能量达到平衡状态，或者控制直流母线电压维持在光伏mppt(maximum power point track)工作点电压。
11、进一步的，所述测压模块为测压电容，所述测压电容设置在所述第二电源模块的输出端。
12、进一步的，所述第一电源模块设置有多个输出端口，各个所述输出端口分别与所述制氢电解槽连接。
13、一种光伏耦合制氢电源系统，包括：
14、光伏系统；
15、储能系统或发电系统；
16、制氢电解槽；
17、以及如上述制氢电源装置，所述制氢电源装置的输入端与所述光伏系统连接以及与所述储能系统或发电系统连接，输出端连接所述制氢电解槽；
18、一种用于上述制氢电源装置的控制方法，步骤包括：
19、优先控制所述第一电源模块接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能；
20、当所述光伏系统提供的能量不足或处于无光照环境时，控制所述第二电源模块接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换，以通过所述第一电源模块向所述制氢电解槽提供补充的电能；
21、当所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求时，控制所述第二电源模块接收所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
22、进一步的，所述控制所述第二电源模块时，通过获取直流母线电压的变化趋势，根据所述直流母线电压的变化趋势控制所述第二电源模块的输出，以控制直流母线电压维持在光伏mppt点工作电压，所述光伏mppt点工作电压根据所处环境下光照强度确定得到。
23、进一步的，如果所述光伏系统发出的总可用功率小于制氢电解槽所需的功率时，判定为所述光伏系统提供的能量不足，控制所述第二电源模块保持输出mppt工作状态电压，并控制所述第二电源模块输出电流，以抬升直流母线电压使得光伏系统维持在mppt状态。
24、进一步的，如果光伏系统发出的总可用功率大于制氢电解槽所需的功率，判定为所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求，保持所述第一电源模块满负荷工作，以及控制所述第二电源模块吸收电流，并将能量回送到送到所述储能系统或发电系统，以保持mppt工作电压状态。
25、进一步的，所述第一电源模块通过多个输出端口与制氢电解槽连接，所述控制方法还包括：如果光伏系统发出的总可用功率大于制氢电解槽所需的功率，控制所述第一电源模块全部投入，如果光伏系统发出的总可用功率小于制氢电解槽所需的功率且不足量超过所述第二电源模块的供电能力，则控制所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，包括：第一电源模块(1)以及第二电源模块(2)，所述第一电源模块(1)的输入端连接光伏系统的直流母线，输出端连接制氢电解槽，所述第一电源模块(1)的输入端还通过所述第二电源模块(2)连接储能系统或发电系统，所述第一电源模块(1)用于接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，所述第二电源模块(2)用于接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换以通过所述第一电源模块(1)向所述制氢电解槽提供补充的电能，或接入所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
2.根据权利要求1所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述第一电源模块(1)包括相互连接的第一直流变换单元(101)以及第二直流变换单元(102)，所述第一直流变换单元(101)将光伏系统的直流母线的直流电压或所述第二电源模块(2)输出的直流电压转换为恒定的直流电压，输出给所述第二直流变换单元(102)，由所述第二直流变换单元(102)对接收到的恒定的直流电压进行升/降压，得到升/降压后的直流电提供给所述制氢电解槽。
3.
4.根据权利要求2所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述第二直流变换单元(102)为LLC型或DAB拓扑结构的隔离变换电路。
5.根据权利要求1所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，若所述第二电源模块(2)连接储能系统或发电系统的交流母线，所述第二电源模块(2)为AC/DC型双向变流电源，若所述第二电源模块(2)连接储能系统或发电系统的直流母线，所述第二电源模块(2)为DC/DC型双向变流电源。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，还包括分别与所述第一电源模块(1)以及第二电源模块(2)连接的控制模块，以用于优先控制所述第一电源模块(1)接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，当所述光伏系统提供的能量不足时控制所述第二电源模块(2)接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换，以通过所述第一电源模块(1)向所述制氢电解槽提供补充的电能，当所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求时，控制所述第二电源模块(2)接收所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的测压模块(3)，以用于监测直流母线电压的变化趋势，输出给所述控制模块。
8.根据权利要求7所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述控制模块接入所述测压模块(3)输出的直流母线电压的变化趋势，控制所述第二电源模块(2)的输出，以控制提供的能量与所述制氢电解槽所需能量达到平衡状态，或者控制直流母线电压维持在光伏MPPT工作点电压。
9.根据权利要求7所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述测压模块(3)为测压电容，所述测压电容设置在所述第二电源模块(2)的输出端。
10.根据权利要求1～5中任意一项所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述第一电源模块(1)设置有多个输出端口，各个所述输出端口分别与所述制氢电解槽连接。
11.一种光伏耦合制氢电源系统，其特征在于，包括：
12.一种用于权利要求1～10中任意一项所述的光伏耦合制氢电源装置的控制方法，其特征在于，步骤包括：
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述第二电源模块(2)时，通过获取直流母线电压的变化趋势，根据所述直流母线电压的变化趋势控制所述第二电源模块(2)的输出，以控制直流母线电压维持在光伏MPPT点工作电压，所述光伏MPPT点工作电压根据所处环境下光照强度确定得到。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，如果所述光伏系统发出的总可用功率小于制氢电解槽所需的功率时，判定为所述光伏系统提供的能量不足，控制所述第二电源模块(2)保持输出MPPT工作状态电压，并控制所述第二电源模块(2)输出电流，以抬升直流母线电压使得光伏系统维持在MPPT状态。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，如果光伏系统发出的总可用功率大于制氢电解槽所需的功率，判定为所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求，保持所述第一电源模块(1)满负荷工作，以及控制所述第二电源模块(2)吸收电流，并将能量回送到送到所述储能系统或发电系统，以保持MPPT工作电压状态...
【技术特征摘要】
1.一种光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，包括：第一电源模块(1)以及第二电源模块(2)，所述第一电源模块(1)的输入端连接光伏系统的直流母线，输出端连接制氢电解槽，所述第一电源模块(1)的输入端还通过所述第二电源模块(2)连接储能系统或发电系统，所述第一电源模块(1)用于接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，所述第二电源模块(2)用于接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换以通过所述第一电源模块(1)向所述制氢电解槽提供补充的电能，或接入所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
2.根据权利要求1所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述第一电源模块(1)包括相互连接的第一直流变换单元(101)以及第二直流变换单元(102)，所述第一直流变换单元(101)将光伏系统的直流母线的直流电压或所述第二电源模块(2)输出的直流电压转换为恒定的直流电压，输出给所述第二直流变换单元(102)，由所述第二直流变换单元(102)对接收到的恒定的直流电压进行升/降压，得到升/降压后的直流电提供给所述制氢电解槽。
3.根据权利要求2所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述第一直流变换单元(101)为升降压斩波结构的直流稳压电路。
4.根据权利要求2所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述第二直流变换单元(102)为llc型或dab拓扑结构的隔离变换电路。
5.根据权利要求1所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，若所述第二电源模块(2)连接储能系统或发电系统的交流母线，所述第二电源模块(2)为ac/dc型双向变流电源，若所述第二电源模块(2)连接储能系统或发电系统的直流母线，所述第二电源模块(2)为dc/dc型双向变流电源。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，还包括分别与所述第一电源模块(1)以及第二电源模块(2)连接的控制模块，以用于优先控制所述第一电源模块(1)接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，当所述光伏系统提供的能量不足时控制所述第二电源模块(2)接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换，以通过所述第一电源模块(1)向所述制氢电解槽提供补充的电能，当所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求时，控制所述第二电源模块(2)接收所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的测压模块(3)，以用于监测直流母线电压的变化趋势，输出给所述控制模块。
8.根据权利要求7所述的光伏耦合制氢电源装置，其特征在于，所述控制模块接入所述测压模块(3)输出的直流母线电压的变化趋势，控制所述第二电...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永江，方俊彬，陈洁莲，陈涛，苏亮亮，谢伟，付建国，彭凯，李佳琳，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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