一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法与流程

本发明涉及海上风力发电领域，尤其涉及到一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法。

背景技术：

1、 自从美国国家再生能源实验室(nationalrenewable energy laboratory，nrei,)的wind2h2计划提出的风氢耦合系统结构，风氢耦合发电系统成为新能源的热点领域之一。风氢耦合发电系统包括清洁的风电、电解水制氢装置、氢气储罐、氢气燃料电池(fuel cell, fc)等。，风氢耦合发电系统通过控制系统调节风电上网与制氢电量比例，最大限度地吸纳风电弃风电量，利用弃风电量电解水制氢和副氧，但是将制取氢气作为商品，需要配置相应的大容量氢气储罐，解决运输商业化等问题，且风力发电装置制取的氢气效率极低，有时候得不偿失。

2、风氢耦合发电系统现有技术有中国有效发明专利cn111668860a，一种风氢耦合发电系统及其控制方法，公开了风力发电机组、碱式电解槽、燃料电池和超级电容器分别通过双向dc/dc耦合于直流母线，直流母线通过dc/ac逆变器接入电网；风力发电机组将风能转化为电能实时向直流母线输送能量，若风电出力大于负荷需求，则将剩余电能输送电解槽对水进行电解，产生氢气储存到储氢罐中；若风电出力小于负荷需求，则燃料电池将氢气作为燃料，产生电能向直流母线输送能量。本发明中将电解槽与燃料电池作为能量型单元，并采用超级电容器来平抑系统中电解槽与燃料电池延迟响应引起的波动。

3、一方面，现有技术使用燃料电池，燃料电池需要的催化剂铂金为稀缺金属，成本较高，不具备广泛使用的基础， 氢燃料电池产业的技术门槛高，我国在氢燃料电池产业上，目前还没有什么实质性的突破。燃料电池的耐久性远远不如传统内燃发电机，故此使用燃气电池的实用性被一定程度的限制；另外一方面，风电电解出的氢气，通过燃料电池发电，其风力的历史信息无法在燃料电池输出的电力流中体现，进而风力发电和燃料电池发电的电力难以在时域上高度契合，即便使用超级电容调节也难以在精细时域上形成稳定的综合输出电能。

技术实现思路

1、鉴于背景技术所述的问题，本发明提出了一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法的技术解决方案，设定一个风力阈值，小于设定的阈值，则开启氢气发电机，并根据风力的大小反向控制氢气发电机的燃料进气门，获得功率强度的时序波形和风力强度的时序波形逆向互补的功率，通过功率延时电路和调节风力传动传感总成的位置，将风力发电输出的功率和氢气发动机输出供电部分的功率在时序上保持互补，保障合并成稳定的功率输出，具体技术方案如下：

2、一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，包括风力发电机组、功率延时电路、电解制氢总成、氢气储罐、氢气发电机总成、风力传动传感器总成、恒压仓总成，所述风力传动传感器总成包括传动线芯、传动线管，迎风板、固定板、底座，所述恒压仓总成包括恒压仓、反恒阀。

3、所述迎风板和底座活动铰链式连接，迎风板可以围绕所述连接的轴线前后转动。

4、设置一个风速阈值m，通过风力传动传感器获得的风速小于风速阈值m时，触发开启氢气发电机进入工作状态，风力传动传感器总成中的迎风板因迎风压力拉动传动线芯，在传动线管的支撑协同下，拉动氢气发电机的燃料进气门，拉动力越大，所述燃料进气门开口越小，直至预置设定的最小极限值，根据风力的大小反向控制氢气发电机的燃料进气门，获得功率强度的时序波形和风力强度的时序波形逆向互补的功率。

5、所述风力发电机组输出的交流电经过整流变成直流电，所述氢气发电机总成输出的交流电经过整流变成直流电。

6、所述风力发电机组输出的直流电，通过功率延时电路的调节，在时序上和氢气发电机总成输出的成直流电强度在时域上形成同步互补的波形。

7、所述氢气发电机总成输出的直流电，通过风力传动传感总成在迎风方向上前后移动位置，对输出功率的波形在时域上进行微调，调节氢气发电的电力波形和风力发电输出供电的功率在时域上的互补，以增加综合输出功率的稳定性。

8、所述预置设定的最小极限值为氢气发电机能保持运作的最小值，风力控制氢气发电机的氢气进气门，同时，进气门预设基础通气口，以维持氢气发电机的基础运转，避免氢气发电机过多启动熄火。

9、所述传动线管为多节小片金属凸凹相扣的节式外壳，所述节式外壳外部套有橡胶防锈管，坚硬全金属骨架的外管实现接近零压缩的超低压缩比，减小对燃料进气门控制的误差，提高灵敏度；

10、所述恒压仓和氢气储罐通过反恒阀连接，可以调节压力，所述反恒阀采用常开型压力导阀，即当压力高于给定值时，阀口自动关小，直至全部关闭。

11、所述氢气发电机总成不直接和氢气储罐连接，直接连接恒压仓，氢气发电机总成的氢气燃料由恒压仓提供。

12、所述恒压仓通过调节氢气压力，调节氢气发电机输出电力的整体功率。

13、所述功率延时电路的调节、风力传动传感总成位置的调节采用如下步骤：

14、步骤一、通过变压固定一个电压值，在一个时序t（、、....）集合上，一一对应氢气发电机总成输出的成直流电ia（（、、....）、风力发电机组供电部分最终输出的直流ib（（、、....），则ia和ib在时序序列点上的平均值根据如下公式算出：

15、         -1

16、步骤二、根据计算得到的p值，计算一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法的供电输出功率的方差c：

17、           -2

18、步骤三、调节功率延时电路、风力传动传感总成位置，获得一组c值，通过比对获得最小值，则所对应的功率延时电路或风力传动传感总成位置为最优调节状态，设置为一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法的固定值。

19、与现有技术相比，本发明的有益的技术效果有：

20、a、一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法的技术方案，根据风力的大小反向控制氢气发电机的燃料进气门，所发出的功率保留了风力大小变化的信息，方便后续合理处置利用。

21、b、一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法的技术方案，即便不调节功率输出的时序，不进行任何计算的情况下，实时进行功率补偿发电输出电能，氢气发电功率补偿的波形和风力发电输出的功率波形互补的一致性在时序上的平均误差低于0.05秒（风速均值20米/秒风力传达位置的时差，和氢气发电的延时反应造成的时差之和），所述技术效果好于现有的一般技术。

22、c、通过功率延时电路调节和风力传动传感总成位置变换的微调，将风力发电输出的功率和氢气发动机输出的功率在时序上保持互补，保障合并成稳定的功率输出，在毫秒级精度时序上的功率强度波动幅度极小，功率的稳定性远远高于现有技术方案所能达到的技术效果。

技术特征：

1.一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，包括风力发电机组、功率延时电路、电解制氢总成、氢气储罐、氢气发电机总成、风力传动传感器总成、恒压仓总成，所述风力传动传感器总成包括传动线芯、传动线管，迎风板、固定板、底座，所述恒压仓总成包括恒压仓、反恒阀，其特征在于：

2.如权利要求1所述的一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，其特征在于：所述预置设定的最小极限值为氢气发电机能保持运作的最小值，风力控制氢气发电机的氢气进气门，同时，进气门预设基础通气口，以维持氢气发电机的基础运转，避免氢气发电机过多启动熄火。

3.如权利要求1所述的一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，其特征在于：所述传动线管为多节小片金属凸凹相扣的节式外壳，所述节式外壳外部套有橡胶防锈管，坚硬全金属骨架的外管实现接近零压缩的超低压缩比，减小对燃料进气门控制的误差，提高灵敏度。

4.如权利要求1所述的一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，其特征在于：所述恒压仓和氢气储罐通过反恒阀连接，可以调节压力，所述反恒阀采用常开型压力导阀，即当压力高于给定值时，阀口自动关小，直至全部关闭。

5.如权利要求1所述的一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，其特征在于：所述氢气发电机总成不直接和氢气储罐连接，直接连接恒压仓，氢气发电机总成的氢气燃料由恒压仓提供。

6.如权利要求1所述的一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，其特征在于：所述恒压仓通过调节氢气压力，调节氢气发电机输出电力的整体功率。

7.如权利要求1所述的一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，其特征在于：所述功率延时电路的调节、风力传动传感总成位置的调节采用如下步骤：

技术总结一种海上风氢耦合功率补偿发电的方法，包括风力发电机组、电解制氢总成、氢气储罐、氢气发电机总成、风力传动传感器总成、恒压仓总成。通过风力传动传感器获得的风速小于风速阈值M时，则开启氢气发电机，并根据风力的大小反向控制氢气发电机的燃料进气门，获得功率强度的时序波形和风力强度的时序波形逆向互补的功率，通过功率延时电路调节和风力传动传感总成位置变换的微调，将风力发电输出到电网部分的功率和氢气发动机输出的功率在时域上保持互补，保障在毫秒精度的时域上合并成稳定的功率输出。技术研发人员：沈小兵,刘富斌,顾宇盟受保护的技术使用者：惠生清洁能源科技集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23