一种多电压等级离网风光氢储集成系统的制作方法

本发明涉及电力储能，具体涉及一种多电压等级离网风光氢储集成系统。

背景技术：

1、可再生能源制氢是促进风光消纳，与并网制氢模式相比，离网制氢可以提高系统效率，减少建设周期和对电网的依赖度，有利于构建综合能源系统，是新型能量储存和转化的方式之一，但风光发电的频繁波动会导致电解槽频繁启停，造成氢气产量减少，并损害电解槽和电力电子器件，因此，需要配置储能系统以保证制氢电源的稳定性。

2、现有的离网制氢系统主要由风电、光伏为制氢系统提供电源，针对风光氢储系统的研究内容主要包括：

3、1)研究风光发电系统与制氢电源系统之间的变换器拓扑结构，如专利cn112217193a提出通过多个并列运行的光伏阵列串联dc/dc变换器的结构为制氢系统提供电源，增强系统冗余性；专利cn 111224426 b和专利cn 112290583a提出了光伏与储能联合为制氢电源供电的电源系统，储能与光伏之间通过双向变换器连接；专利cn 112217192 a通过设置多个组件级功率变换器增加系统供电可靠性。

4、2)研究制氢电源与用氢负荷的匹配，如专利cn 112751354 a提出通过在多个串联的光伏组件设置多个关断器，根据制氢负荷出力调整光伏出力。

5、上述专利主要从提供系统供电可靠性和源荷功率匹配角度出发，对于离网风光氢储一体化集成系统研究较少，且现有专利均采用单一的电压等级汇集系统，风光发电系统采用低压汇集更加经济，但是传输容量会受到一定限制；采用中高压汇集可以增大传输距离，但同时也会增加传输成本，降低传输效率。

6、综上所述，有必要研究风光、储能及制氢系统的集成方式以降低离网风光氢储一体化系统整体造价成本，减小传输损耗，提升传输效率。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种多电压等级离网风光氢储集成系统，采用低压和中高压汇集方式，在满足远距离大容量传输的同时，降低传输成本和传输损耗，提升传输效率。

2、本发明提供的一种多电压等级离网风光氢储集成系统，包括低压汇集制氢电源系统、中高压汇集制氢电源系统、输变电系统、电解槽系统、制氢电源功率分配控制器和制氢站辅助设备，所述低压汇集制氢电源系统、中高压汇集制氢电源系统内均设有储能系统，所述低压汇集制氢电源系统包括近距离风光发电系统，所述中高压汇集制氢电源系统包括远距离风光发电系统，所述输变电系统包括直流电缆和交流电缆；

3、所述低压汇集制氢电源系统通过所述直流电缆与所述电解槽系统的输入端连接；

4、所述中高压汇集制氢电源系统通过所述交流电缆与所述制氢电源功率分配控制器或制氢站辅助设备的输入端连接，所述制氢电源功率分配控制器的输出端与所述电解槽系统连接。

5、较为优选的，所述电解槽系统包括第一电解槽系统，所述第一电解槽系统包括一个或多个第一电解槽，所述低压汇集制氢电源系统通过所述直流电缆、dc/dc变换器与所述第一电解槽的输入端连接。

6、较为优选的，所述低压汇集制氢电源系统包括若干个第一子系统，每个所述第一子系统均包括一个近距离风光发电系统、一个第一输变电系统和一个第一储能系统，所述输变电系统包括若干个第三输变电系统，每个所述近距离风光发电系统均分别通过一个所述第一输变电系统与一个所述第一储能系统连接，每个所述第一子系统均分别通过一个所述第三输变电系统与一个所述第一电解槽连接。

7、较为优选的，所述电解槽系统包括第二电解槽系统，所述第二电解槽系统包括一个或多个变电系统以及一个或多个第二电解槽，所述变电系统与所述第二电解槽一一对应设置，所述变电系统的输入端与所述制氢电源功率分配控制器的输出端连接，所述变电系统的输出端与所述第二电解槽的输入端连接。

8、较为优选的，所述中高压汇集制氢电源系统包括一个远距离风光发电系统、一个储能系统功率分配控制器和若干个第二子系统，每个所述第二子系统均包括一个第二储能系统和一个第二输变电系统，每个所述第二储能系统均分别与一个所述第二输变电系统连接，所述远距离风光发电系统通过所述储能系统功率分配控制器与各个所述第二输变电系统连接，所述输变电系统包括第四输变电系统和第五输变电系统，所述远距离风光发电系统和所述储能系统功率分配控制器通过所述第四输变电系统与所述制氢电源功率分配控制器的输入端连接，所述远距离风光发电系统和所述储能系统功率分配控制器通过所述第五输变电系统与所述制氢站辅助设备的输入端连接。

9、较为优选的，所述风光发电系统，包括风力发电系统、光伏发电系统及风光混合发电系统中的一种或多种，且包括为输出特定电压配置的变换系统。

10、较为优选的，所述储能系统包括抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能、超级电容储能中的一种或多种。

11、较为优选的，所述低压汇集制氢电源系统的控制方法包括：

12、当风光出力充足时，所述近距离风光发电系统通过所述第一输变电系统向所述第一储能系统充电，所述近距离风光发电系统通过第三输变电系统向所述第一电解槽供电；

13、当风光出力不足时，所述第一储能系统通过所述第一输变电系统、第三输变电系统向所述第一电解槽供电，所述近距离风光发电系统通过第三输变电系统向所述第一电解槽供电；

14、当风光无出力时，所述第一储能系统通过所述第一输变电系统、第三输变电系统向所述第一电解槽供电。

15、较为优选的，所述中高压汇集制氢电源系统的控制方法包括：

16、当风光出力充足时，所述远距离风光发电系统通过所述储能系统功率分配控制器以及所述第二输变电系统向所述第二储能系统充电，通过所述第四输变电系统、制氢电源功率分配控制器、变电系统向所述第二电解槽供电，通过所述第五输变电系统向所述制氢站辅助设备供电；

17、当风光出力不足时，所述第二储能系统通过所述第二输变电系统、储能系统功率分配控制器、第四输变电系统、制氢电源功率分配控制器、变电系统向所述第二电解槽供电，通过所述第五输变电系统向所述制氢站辅助设备供电，所述远距离风光发电系统通过所述第四输变电系统、制氢电源功率分配控制器、变电系统向所述第二电解槽供电，通过所述第五输变电系统向所述制氢站辅助设备供电；

18、当风光无出力时，所述第二储能系统通过所述第二输变电系统、储能系统功率分配控制器、第四输变电系统、制氢电源功率分配控制器、变电系统向所述第二电解槽供电，通过所述第五输变电系统向所述制氢站辅助设备供电。

19、较为优选的，所述储能系统功率分配控制器用于分析储能系统的目标出力曲线，按照目标出力频率制定功率型和能量型储能系统的目标出力曲线，包括：

20、对于分钟级的频繁波动，储能系统选择用功率型储能系统；

21、对于小时级的频繁波动，储能系统选择用能量型储能系统；

22、所述能量型储能系统的目标功率pbat(t)计算方法如下：

23、

24、所述功率型储能系统t时刻的高频功率为：

25、psc(t)＝p(t)-pbat(t)

26、式中，τ为滤波时间常数，t为采样工作周期，pbat(t-1)为能量型储能系统上一时刻功率，p(t)为储能系统t时刻目标出力。

27、本发明的有益效果为：采用多电压等级混合的离网风光氢储系统集成方法，在满足远距离大容量传输的同时，降低电能传输成本和损耗，提升了传输效率。利用低压和中高压的汇集优势，可充分利用制氢站周围风光资源，提高了风光发电系统的选址灵活性。设置制氢电源功率分配控制器，可根据制氢电源实时数据及电解槽状态反馈，控制各个电解槽运行功率及投运、停机状态，实现控制电解槽平稳出力，均衡工作时间的目的。低压汇集制氢电源系统中的储能系统、风光发电系统及电解槽可避免多级电压变换，减少为实现电压变换增加的电气设备，节省了设备投资成本。