直流离网制氢系统及其控制方法、设备、介质

本发明涉及制氢，具体涉及一种基于可再生能源的直流离网制氢系统及其控制方法、设备及介质。

背景技术：

1、进入21世纪以来，全球面临的能源安全和环境生态保护问题日趋严峻，风能与太阳能等可再生能源已经成为能源战略的重要组成部分及能源转型的核心。为了将不稳定的风能与太阳能等可再生能源存储与转化，现在常常利用可再生能源发电，然后利用电能制氢，从而实现可再生能源存储与转化。

2、现有规模化制氢系统常常以并网为主，并网后的可再生能源发电的波动会影响电网的安全与稳定。虽然现在可以采用直流离网制氢系统进行制氢，但是现有直流离网制氢系统在可再生能源发电出现波动后，无法高效吸收可再生能源发出的波动的电能，并且需要配置大量储能装置在可再生能源发出的电能不足时释放电能，从而支撑直流母线的电压，使直流离网制氢系统能够正常运行。

3、相应地，本领域需要一种新的方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，提出了本发明，以解决或至少部分地解决无法有效消纳可再生能源发电设备发出的电能进行电解水制氢的技术问题。

2、在第一方面，提供一种基于可再生能源的直流离网制氢系统，系统包括分别通过各自的设备直流端口接入直流母线的可再生能源发电设备、储能设备和电解水制氢设备；

3、可再生能源发电设备包括可再生能源发电装置和多个第一dc/dc模块，可再生能源发电装置分别与每个第一dc/dc模块的第一直流侧并联，每个第一dc/dc模块的第二直流侧依次串联形成可再生能源发电设备的设备直流端口；

4、储能设备包括储能装置和多个第二dc/dc模块，储能装置与每个第二dc/dc模块的第一直流侧并联，每个第二dc/dc模块的第二直流侧依次串联形成储能设备的设备直流端口；

5、电解水制氢设备包括电解水制氢装置和多个第三dc/dc模块，电解水制氢装置与每个第三dc/dc模块的第一直流侧并联，每个第三dc/dc模块的第二直流侧依次串联形成电解水制氢设备的设备直流端口；

6、其中，电解水制氢装置包括碱性电解水制氢装置与质子交换膜电解水制氢装置，碱性电解水制氢装置被配置成消纳直流母线上的低频脉动功率进行电解水制氢，质子交换膜电解水制氢装置被配置成消纳直流母线上的高频脉动功率进行电解水制氢。

7、在上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的一个技术方案中，可再生能源发电装置包括第一发电模块和第二发电模块；

8、第一发电模块与一部分第一dc/dc模块的第一直流侧并联，一部分第一dc/dc模块的第二直流侧依次串联形成可再生能源发电设备的第一设备直流端口；

9、第二发电模块与另外一部分第一dc/dc模块的第一直流侧并联，另外一部分第一dc/dc模块的第二直流侧依次串联形成可再生能源发电设备的第二设备直流端口；

10、第一发电模块被配置成采用mppt模式输出发电功率；

11、第二发电模块被配置成根据直流母线上的波动电压输出发电功率，以实现对直流母线的电压支撑。

12、在上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的一个技术方案中，碱性电解水制氢装置与一部分第二dc/dc模块的第一直流侧并联，质子交换膜电解水制氢装置与另外一部分第二dc/dc模块的第一直流侧并联。

13、在上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的一个技术方案中，可再生能源发电设备至少包括基于光伏的可再生能源发电设备和基于风电的可再生能源发电设备。

14、第二方面，提供一种用于第一方面所述的基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法，控制方法包括：

15、针对每个控制周期，获取在当前控制周期内可再生能源发电装置的发电总功率、第一低通滤波器的第一截止频率和第二低通滤波器的第二截止频率，第二截止频率高于第一截止频率；

16、采用第一低通滤波器并根据第一截止频率对发电总功率进行滤波，获得第一低频功率；

17、在发电总功率的基础上去除第一低频功率，得到当前控制周期的第一剩余功率；

18、采用第二低通滤波器并根据第二截止频率对第一剩余功率进行滤波，获得第二低频功率；

19、将第一低频功率作为低频脉动功率分配给碱性电解水制氢装置，将第二低频功率作为高频脉动功率分配给质子交换膜电解水制氢装置，控制碱性电解水制氢装置与质子交换膜电解水制氢装置分别根据低频脉动功率与高频脉动功率进行电解水制氢。

20、在上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法的一个技术方案中，在“采用第二低通滤波器并根据第二截止频率对第一剩余功率进行滤波，获得第二低频功率”的步骤之后，控制方法还包括：

21、在发电总功率的基础上去除第一低频功率与第二低频功率，得到第二剩余功率；

22、将第二剩余功率分配给储能装置进行储能。

23、在上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法的一个技术方案中，方法还包括通过下列方式获取在当前控制周期内第一截止频率和第二截止频率：

24、步骤s1：获取上一控制周期的第一低频功率和第二低频功率的总和；

25、步骤s2：获取当前控制周期内可再生能源发电装置的发电总功率与总和的差值，判断差值是否小于储能设备允许释放的最大功率；

26、若是，则根据第一低通滤波器和第二低通滤波器各自对应的最优截止周期，分别设定第一低通滤波器和第二低通滤波器在当前控制周期内的截止周期；

27、若否，则获取第一低通滤波器和第二低通滤波器在上一控制周期内的截止周期，对截止周期进行调整并根据调整后的截止周期分别设定第一低通滤波器和第二低通滤波器在当前控制周期内的截止周期；

28、步骤s3：根据第一低通滤波器和第二低通滤波器在当前控制周期内的截止周期，分别获取在当前控制周期内第一截止频率和第二截止频率；

29、其中，第一低通滤波器和第二低通滤波器各自对应的最优截止周期分别是能够使碱性电解水制氢装置和质子交换膜电解水制氢装置的制氢效率达到最优的截止周期。

30、在上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法的一个技术方案中，“对截止周期进行调整并根据调整后的截止周期分别设定第一低通滤波器和第二低通滤波器在当前控制周期内的截止周期”的步骤具体包括：

31、对目标滤波器在上一控制周期内的截止周期增加预设值，目标滤波器是第一低通滤波器或第二低通滤波器；

32、判断增加预设值之后的截止周期是否小于预设的最大截止周期；

33、若是，则根据增加预设值之后的截止周期，设定目标滤波器在当前控制周期内的截止周期；

34、若否，则根据目标滤波器对应的最大截止周期，设定目标滤波器在当前控制周期内的截止周期；

35、其中，第一低通滤波器和第二低通滤波器各自对应的最大截止周期分别是在碱性电解水制氢装置和质子交换膜电解水制氢装置的制氢效率允许范围内的最大截止周期。

36、在第三方面，提供一种计算机设备，该计算机设备包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法的技术方案中任一项技术方案所述的基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法。

37、在第四方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法的技术方案中任一项技术方案所述的基于可再生能源的直流离网制氢系统的控制方法。

38、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

39、在实施本发明的直流离网制氢系统的技术方案中，通过在直流离网制氢系统中配置可再生能源发电设备、储能设备和电解水制氢设备，可再生能源发电装置在发出电能后，通过dc/dc模块对电压进行调节，降低了电能在传输中的损耗，在可再生能源发电设备发出电能时，通过采用碱性电解水制氢装置消纳低频脉动功率，采用质子交换膜电解水制氢装置消纳直流母线上的高频脉动功率，实现了对直流母线上脉动功率消纳。

40、在实施本发明的直流离网制氢系统的控制方法的技术方案中，采用第一低通滤波器对发电总功率进行滤波得到频率最低的第一低频功率，在发电总功率的基础上去除第一低频功率，得到第一剩余功率，再采用第二低通滤波器对第一剩余功率进行滤波，可以得到第二低频功率。由于碱性水电解制氢装置动态响应速度慢，因此可以将第一低频功率分配给碱性水电解制氢装置，而质子交换膜电解水制氢装置可以适应频率较高的功率，因此可以将第二低频功率分配给质子交换膜电解水制氢装置。通过将第一剩余功率和第二低频功率合理分配给不同的制氢装置，实现了对脉动功率的有效消纳。