光伏耦合制氢电源装置、系统及控制方法与流程

本发明涉及制氢电源，尤其涉及一种光伏耦合制氢电源装置、系统及控制方法。

背景技术：

1、氢能既是一种清洁无碳、应用场景丰富的二次能源，也是重要的工业原料。通过制氢装置将新能源电能转换成氢能，是一种理想的新能源消纳的方式。光伏系统直流耦合制氢即是将光伏系统输出的电能直接连接制氢电源，不仅能够有效的消纳新能源，且光伏系统直流耦合制氢中无需使用中间变换器，能够实现电能的高效利用。

2、现有技术中，针对于光伏系统直流耦合制氢通常是采用光伏单级制氢电源，即将光伏面板直接连接制氢电源，制氢电源后级直接连接电解槽，该类方案会存在以下问题：

3、1、荷随源动：制氢电解槽的能量供应完全来源于前级光伏发电系统，因而制氢电解槽的工作状态极度依赖于前级光伏发电系统的能量供应能力，一旦能量供应不足即需要切除制氢电解槽，因而运行过程中需要频繁切除和投入电解槽，导致电解槽的工况频繁切换，影响制氢的稳定运行以及运行效率。

4、2、控制复杂度高：由于是采用单级制氢电源系统，制氢电源一方面需要实现光伏面板的mppt功能，也需要维持后级制氢电解槽的工作电压，而依靠制氢电源就难以同时实现光伏面板的mppt控制输出及制氢电源的输出稳压控制，甚至可能是无法实现的，不仅控制复杂度高，且控制效果不佳，实际难以维持制氢电解槽的稳定工作电压。

5、综上，传统光伏单级制氢电源会存在运行稳定性差，需要依赖于前级光伏发电系统的能量供应，且控制复杂度高、控制效果不佳的问题。而如果采用大容量多新能源单元并联的方式来提高制氢供能的能量，由于均需要通过ac/dc或者dc/dc变流器接入，需要进行多级的能量变换，又会导致降低效率等问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、稳定性与效率高且控制复杂度低、灵活性强的光伏耦合制氢电源装置、系统及实现方法简单、控制复杂度低、控制精度与效率高的控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种光伏耦合制氢电源装置，包括：第一电源模块以及第二电源模块，所述第一电源模块的输入端连接光伏系统的直流母线，输出端连接制氢电解槽，所述第一电源模块的输入端还通过所述第二电源模块连接储能系统或发电系统，所述第一电源模块用于接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，所述第二电源模块用于接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换以通过所述第一电源模块向所述制氢电解槽提供补充的电能，或接入所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。

4、进一步的，所述第一电源模块包括相互连接的第一直流变换单元以及第二直流变换单元，所述第一直流变换单元将光伏系统的直流母线的直流电压或所述第二电源模块输出的直流电压转换为恒定的直流电压，输出给所述第二直流变换单元，由所述第二直流变换单元对接收到的恒定的直流电压进行升/降压，得到升/降压后的直流电提供给所述制氢电解槽。

5、进一步的，所述第一直流变换单元为升降压斩波结构的直流稳压电路。

6、进一步的，所述第二直流变换单元为llc型或dab拓扑结构的隔离变换电路。

7、进一步的，若所述第二电源模块连接储能系统或发电系统的交流母线，所述第二电源模块为ac/dc型双向变流电源，若所述第二电源模块连接储能系统或发电系统的直流母线，所述第二电源模块为dc/dc型双向变流电源。

8、进一步的，还包括分别与所述第一电源模块以及第二电源模块连接的控制模块，以用于优先控制所述第一电源模块接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能，当所述光伏系统提供的能量不足时控制所述第二电源模块接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换，以通过所述第一电源模块向所述制氢电解槽提供补充的电能，当所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求时，控制所述第二电源模块接收所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。

9、进一步的，还包括与所述控制模块连接的测压模块，以用于监测直流母线电压的变化趋势，输出给所述控制模块。

10、进一步的，所述控制模块接入所述测压模块输出的直流母线电压的变化趋势，控制所述第二电源模块的输出，以控制提供的能量与所述制氢电解槽所需能量达到平衡状态，或者控制直流母线电压维持在光伏mppt(maximum power point track)工作点电压。

11、进一步的，所述测压模块为测压电容，所述测压电容设置在所述第二电源模块的输出端。

12、进一步的，所述第一电源模块设置有多个输出端口，各个所述输出端口分别与所述制氢电解槽连接。

13、一种光伏耦合制氢电源系统，包括：

14、光伏系统；

15、储能系统或发电系统；

16、制氢电解槽；

17、以及如上述制氢电源装置，所述制氢电源装置的输入端与所述光伏系统连接以及与所述储能系统或发电系统连接，输出端连接所述制氢电解槽；

18、一种用于上述制氢电源装置的控制方法，步骤包括：

19、优先控制所述第一电源模块接入所述光伏系统的直流母线提供的直流电进行直流变换，以向所述制氢电解槽供能；

20、当所述光伏系统提供的能量不足或处于无光照环境时，控制所述第二电源模块接入所述储能系统或发电系统的电能进行转换，以通过所述第一电源模块向所述制氢电解槽提供补充的电能；

21、当所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求时，控制所述第二电源模块接收所述光伏系统输出的多余电能回送至所述储能系统或发电系统。

22、进一步的，所述控制所述第二电源模块时，通过获取直流母线电压的变化趋势，根据所述直流母线电压的变化趋势控制所述第二电源模块的输出，以控制直流母线电压维持在光伏mppt点工作电压，所述光伏mppt点工作电压根据所处环境下光照强度确定得到。

23、进一步的，如果所述光伏系统发出的总可用功率小于制氢电解槽所需的功率时，判定为所述光伏系统提供的能量不足，控制所述第二电源模块保持输出mppt工作状态电压，并控制所述第二电源模块输出电流，以抬升直流母线电压使得光伏系统维持在mppt状态。

24、进一步的，如果光伏系统发出的总可用功率大于制氢电解槽所需的功率，判定为所述光伏系统输出的能量超过所述制氢电解槽的能量需求，保持所述第一电源模块满负荷工作，以及控制所述第二电源模块吸收电流，并将能量回送到送到所述储能系统或发电系统，以保持mppt工作电压状态。

25、进一步的，所述第一电源模块通过多个输出端口与制氢电解槽连接，所述控制方法还包括：如果光伏系统发出的总可用功率大于制氢电解槽所需的功率，控制所述第一电源模块全部投入，如果光伏系统发出的总可用功率小于制氢电解槽所需的功率且不足量超过所述第二电源模块的供电能力，则控制所述第一电源模块中各输出端口中部分端口满负荷工作，其余一个或者多个端口处于非全功率工作状态。

26、进一步的，还包括如果光伏系统发出的总可用功率大于制氢电解槽所需的功率与储能系统或发电系统最大接受功率之和时，控制所述所述第二电源模块提高或者降低直流母线的工作电压，以降低光伏系统的输出功率。

27、一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述方法。

28、与现有技术相比，本发明的优点在于：

29、1、本发明通过由两个电源模块来形成两级光伏耦合制氢电源装置，由一个电源模块直接耦合光伏系统形成光伏直接耦合制氢电源以作为主要的制氢供能，由另一个电源模块实现储能系统或发电系统与光伏系统直流母线之间的双向能量流动，在光伏系统提供的能量不足时接入储能系统或发电系统的能量作为补充，在光伏系统提供的能量存在余量时将余量进行回送，使得可以实现光伏直接耦合制氢电源与制氢所需能量之间的平衡，有效提高能源利用率，且基于两级电源结构，无需要求光伏直接耦合制氢电源同时进行mppt控制与制氢电源的输出稳压控制，因而还可以大大降低电源的控制复杂程度、提高控制效果。

30、2、本发明进一步第一电源模块通过采用两级直流变换方式，由第一直流变换单元实现直流稳压，后一级第二直流变换单元实现升/降压以及隔离输出，能够提高电解槽控制效果以及安全可靠性，同时提升制氢电源对电解槽的供电质量。

31、3、本发明进一步通过调节第二电源模块的输出实现直接耦合光伏系统的mppt控制，能够实现mppt控制与电解槽功率需求解耦，能够降低控制复杂性的同时，大大提升mppt控制跟踪效果以及制氢电源输出电压的稳定控制效果，进而提升光伏发电利的利用率以及提供给制氢电解槽的电能质量。