基于一级高频变换的制氢电源电路

本发明涉及制氢电源，具体涉及一种基于一级高频变换的制氢电源电路。

背景技术：

1、氢能的制造和利用是世界能源发展的大趋势，利用风电、光伏发电等可再生能源电力的制氢系统是未来制备氢能的发展方向，而新能源产生的电能不能直接应用于电解制氢，中间需要制氢电源进行转化。制氢电源作为新能源制氢系统的核心，需要具有低压大电流能力、长时间稳定运行能力、低输出电流纹波等。当采用如风力发电机等可再生能源产生的交流电对制氢装置进行供电时，需要采用ac/dc变换器进行交直变换来提供电解器所需要的直流电。

2、目前，工业制氢中的拓扑运用最为广泛的变换器为12脉波晶闸管全桥整流器，如图1所示，变压器一次侧采用角形单绕组输入，二次侧采用角形/星形双绕组输出，由此实现了三相输入电压的相角相差30°，这种变换器由平衡电抗器并联实现输出，可应用于大功率制氢。该拓扑的网侧电流主要为12k±1谐波，输出电流主要包含12k次谐波，仍存在功率因数低、交流侧电网谐波电流以及直流侧纹波电流较大等问题，从而降低了电解制氢效率。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于一级高频变换的制氢电源电路，解决了现有的12脉波晶闸管整流存在功率因数低、交流侧电网谐波电流以及直流侧纹波电流较大等技术问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、本发明提供一种基于一级高频变换的制氢电源电路，包括前级可调变压器、和三个独立的ac/dc变换模块；所述前级可调变压器包括原边绕组和二次侧绕组，所述原边绕组采用δ形联结，所述二次侧绕组包括三个独立的侧绕组；每个ac/dc变换模块均包括ac/dc整流器、dc/dc降压器和电容，

6、其中，每个ac/dc变换模块中的连接方式包括：

7、所述侧绕组的第一端连接ac/dc整流器的第一端；

8、所述侧绕组的第二端与ac/dc整流器的第三端连接；

9、所述ac/dc整流器的第二端与所述dc/dc降压器的第一输入端连接；

10、所述ac/dc整流器的第四端与所述dc/dc降压器的第二输入端连接；所述ac/dc整流器与dc/dc降压器之间连接电容；

11、三个dc/dc降压器的第一输出端并联后与直流负载的第一端相连；

12、三个dc/dc降压器的第二输出端并联后与直流负载的第二端相连。优选的，所述三个独立的ac/dc变换模块中的电容均为高频电容；三个ac/dc变换模块中包括若干开关管，通过控制开关管的关断和导致，使得每个ac/dc变换模块中的ac/dc整流器和dc/dc降压器采用前级和后级的两级结构，工作过程中同一时间总有一级工作在工频模式。

13、优选的，三个ac/dc整流器均包括第一、第二、第三和第四开关管；

14、其中，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，其公共端连接ac/dc整流器的第一端；

15、所述第一开关管的第一端与第三开关管的第一端连接，作为ac/dc整流器的第二端；

16、所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的二端连接，作为ac/dc整流器的第三端；

17、所述第四开关管的一端与第三开关管的第二端连接，作为ac/dc整流器的第四端；

18、所述第一、第二、第三和第四开关管的第三端均连接控制端，用于开关管的关断和导通。

19、优选的，所述三个ac/dc整流器均还包括电感，所述电感的第一端连接在所述ac/dc整流器的第一端上，所述电感的第二端连接在所述第一开关管和所述第二开关管的公共端上。

20、优选的，三个dc/dc降压器均包括第五开关管、第六开关管、输出电感和滤波电容；

21、其中，

22、所述第五开关管的第一端为所述dc/dc降压器的第一输入端；

23、所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端；

24、所述第五开关管与所述第六开关管的连接端连接输出电感后作为dc/dc降压器的第一输出端；

25、所述第六开关管第二端连接在dc/dc降压器的第二输入端和第二输出端之间；

26、所述滤波电容连接在dc/dc降压器的第一输出端和第二输出端上；

27、所述所述第五和第六开关管的第三端均连接控制端，用于开关管的关断和导通。

28、优选的，通过调整ac/dc整流器的spwm调制比以及dc/dc降压器的占空比得到不同电解阶段所需的直流电解电压，适应不同电压等级的负载。

29、优选的，开关管包括mosfet。

30、优选的，所述电容为高频薄膜电容。

31、优选的，三个ac/dc整流器均包括电感、第一、第二、第三和第四开关管；三个dc/dc降压器均包括第五开关管、第六开关管、输出电感和滤波电容；

32、其中，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，其公共端连接电感，作为ac/dc整流器的第一端；

33、所述第一开关管的第一端与第三开关管的第一端连接，作为ac/dc整流器的第二端；ac/dc整流器的第二端连接所述第五开关管的第一端；

34、所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的二端连接，作为ac/dc整流器的第三端；

35、所述第四开关管的一端与第三开关管的第二端连接，作为ac/dc整流器的第四端；ac/dc整流器的第四端连接所述第六开关管第二端；

36、所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端；所述第五开关管与所述第六开关管的连接端连接输出电感后作为dc/dc降压器的第一输出端；

37、所述ac/dc整流器的第四端与所述第六开关管公共端连接在dc/dc降压器的第二输出端上；

38、所述滤波电容连接在dc/dc降压器的第一输出端和第二输出端上；

39、所述每个ac/dc变换模块中的电容为母线电容，所母线电容的两端分别与所述ac/dc整流器的第二端、第三端连接；

40、所述第一、第二、第三、第四、第五和第六开关管的第三端均连接控制端，用于开关管的关断和导通。

41、优选的，ac/dc变换模块的工作模式包括：

42、所述ac/dc整流器的第一端和第三端之间输入电压vin；

43、所述dc/dc降压器的第一输出端和第二输出端之间输出电压vo；

44、当|vin|<vo时，前级ac/dc整流器工作在高频开关模式，将交流输入vin整流成直流电压vo输出，后级dc/dc降压器直通，即第五开关管常开；

45、当|vin|>vo时，前级ac/dc整流器直通，即ac/dc整流器工作在工频(vin>0，q1与q4直通，q2与q3关断；vin<0，q2与q3直通，q1与q4关断)，后级dc/dc降压器高频斩波得到直流输出电压vo；

46、其中，所述ac/dc整流器工作在工频是指：vin>0，第一开关管与第四开关管直通，第二开关管与第三开关管关断；vin<0，第二开关管与第三开关管直通，第一开关管与第四开关管关断。

47、(三)有益效果

48、本发明提供了一种基于一级高频变换的制氢电源电路。与现有技术相比，具备以下有益效果：

49、本发明实施例提出的变压器+三路独立的ac/dc整流器、dc/dc降压器，采用高频电力电子变换器代替原有的晶闸管整流方案，可以降低输出电流的纹波、抑制谐波电流的干扰，方便于电解生产过程中对各因素的控制，保证电流密度的稳定，从而实现电解效率的提升，提高电解物的产量。