一种光伏直流耦合制氢系统及其控制方法与流程

本发明涉及制氢，尤其涉及一种光伏直流耦合制氢系统及其控制方法。

背景技术：

1、氢能具有来源多样、清洁低碳、应用场景丰富等优点，是未来极具前景的能源形式。光伏水电解制氢具有纯度高、产物无污染、制备工艺简单等优点，在氢能绿色制取方面有着极大的优势和发展空间。

2、目前，国内部分大规模光伏水电解制氢项目已经进入了工程实施阶段，但是对于光伏直流电网型(dc-dc)的水电解制氢系统方案还处在研究阶段。构建光伏直流电网型(dc-dc)水电解制氢系统的难点在于稳定系统电能输出的前提下平衡光伏发电端由于天气变化所产生的输出波动。

3、因此，目前亟待需要提供一种光伏直流耦合制氢系统及其控制方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种光伏直流耦合制氢系统及其控制方法，能够稳定系统电能输出的前提下平衡光伏发电端由于天气变化所产生的输出波动。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种光伏直流耦合制氢系统，包括依次连接的光伏阵列、光伏直流电源、储能电池阵列、制氢直流电源和碱性水电解槽，还包括大电网、光伏最大功率点跟踪系统、电池管理系统和电源能量管理系统，所述光伏直流电源的输出端还与大电网连接，所述光伏直流电源还与所述光伏最大功率点跟踪系统连接，所述储能电池阵列、所述电池管理系统和所述电源能量管理系统依次连接，所述电源能量管理系统和所述制氢直流电源连接；

3、所述光伏阵列用于将入射光能转化为直流电能并经过所述光伏直流电源进行调节后为所述储能电池阵列充电；

4、所述光伏最大功率点跟踪系统用于通过调节电压来确保所述光伏阵列的输出功率保持在最大功率点处，并将向所述储能电池阵列供给的充电电能最大化；

5、所述电池管理系统用于检测所述储能电池阵列的电池荷电状态；

6、所述电源能量管理系统用于根据所述电池管理系统检测到的电池荷电状态来调节所述储能电池阵列输送至所述碱性水电解槽的电能总量。

7、第二方面，本发明实施例提供了一种光伏直流耦合制氢方法，包括：

8、利用所述光伏阵列将入射光能转化为直流电能并经过所述光伏直流电源进行调节后为所述储能电池阵列充电；

9、利用所述光伏最大功率点跟踪系统通过调节电压来确保所述光伏阵列的输出功率保持在最大功率点处，并将向所述储能电池阵列供给的充电电能最大化；

10、利用所述电池管理系统检测所述储能电池阵列的电池荷电状态；

11、利用所述电源能量管理系统根据所述电池管理系统检测到的电池荷电状态来调节所述储能电池阵列输送至所述碱性水电解槽的电能总量。

12、由上述方案可知，本发明提供的光伏直流耦合制氢系统，通过储能电池阵列和电源能量管理系统为碱性水电解槽提供了稳定的电源供给；通过设置储能电池阵列，可以将光伏阵列所发出的电能通过光伏直流电源进行调节后为储能电池阵列充电，而非直接供给到碱性水电解槽，如此可以减少光伏阵列输出波动对制氢端的影响，同时大电网也与储能电池阵列并联以提供部分电压支撑和余电上网的功能；储能电池阵列在有电能储存余量的情况下向制氢端提供电能，并可以通过调节制氢直流电源来控制向碱性水电解槽输送的电量；通过设置电池管理系统和电源能量管理系统，可以利用电池管理系统检测储能电池阵列的电池荷电状态，以及利用电源能量管理系统根据电池管理系统检测到的电池荷电状态来调节储能电池阵列输送至碱性水电解槽的电能总量，如此可在稳定系统电能输出的前提下平衡光伏发电端由于天气变化所产生的输出波动。综上，上述技术方案可以缩减系统调节所需要的反馈时间和执行控制命令所需要的时间，而且由于控制回路主要围绕储能电池阵列构建，所以可以降低整个控制系统的负载程度。

技术特征：

1.一种光伏直流耦合制氢系统，其特征在于，包括依次连接的光伏阵列、光伏直流电源、储能电池阵列、制氢直流电源和碱性水电解槽，还包括大电网、光伏最大功率点跟踪系统、电池管理系统和电源能量管理系统，所述光伏直流电源的输出端还与大电网连接，所述光伏直流电源还与所述光伏最大功率点跟踪系统连接，所述储能电池阵列、所述电池管理系统和所述电源能量管理系统依次连接，所述电源能量管理系统和所述制氢直流电源连接；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏直流电源和所述制氢直流电源均包含一组或多组直流变换单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述光伏直流电源为多组时，各组所述光伏直流电源均与所述光伏最大功率点跟踪系统通过通信线相连。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述制氢直流电源为多组时，各组所述制氢直流电源均与所述电源能量管理系统通过通信线相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能电池阵列包含一组或多组电池组。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述储能电池阵列为多组时，各组所述储能电池阵列均与所述电池管理系统通过通信线相连。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碱性水电解槽为一组或多组。

8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的系统的控制方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

技术总结本发明涉及制氢技术领域，特别涉及一种光伏直流耦合制氢系统及其控制方法。该系统通过设置储能电池阵列，可以将光伏阵列所发出的电能通过光伏直流电源进行调节后为储能电池阵列充电，而非直接供给到碱性水电解槽，如此可以减少光伏阵列输出波动对制氢端的影响；通过设置电池管理系统和电源能量管理系统，可以利用电池管理系统检测储能电池阵列的电池荷电状态，以及利用电源能量管理系统根据电池管理系统检测到的电池荷电状态来调节储能电池阵列输送至碱性水电解槽的电能总量，如此可在稳定系统电能输出的前提下平衡光伏发电端由于天气变化所产生的输出波动。综上，上述技术方案可以缩减系统调节所需要的反馈时间和执行控制命令所需要的时间。技术研发人员：罗必雄,周行,涂宏,张炳成,李少华,黄晶晶,汤晓舒,周军受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/24