CN119518874A 一种风电离网制氢系统及其控制方法 （清华大学）

本申请涉及一种风电离网制氢系统及其控黑启动模式下通过黑启动电源将系统由关闭状通过调节风力发电机的输出功率维持系统功率的储能装置，可以实现不配储能的风电离网制2所述风力发电机的定子经过所述第四开关连接到所述第二变压器的低在所述黑启动模式下，通过所述黑启动电源将所述系统由关闭状态启动至运行状态；在所述正常运行模式下，所述风力发电机的最在所述紧急运行模式下，所述风力发电机的最大输出功率大于在所述黑启动模式下，通过所述黑启动电源将所述系统由开启所述储能变流器并令所述储能变流器工作在逆变模式，进行最大功率点追踪MPPT以达到所述最3确定在第一风速下所述风力发电机进行MPPT的第一输出功率和初始的电解槽P_U特性述系统交流电压表示所述第二变压器的高压侧根据所述第一输出功率和所述初始的电解槽P_U特性曲线，确定第一系统稳定交流电压；所述第一系统稳定交流电压为所述初始的电解槽P_U特性曲线中所述第一输出功率对在风速由所述第一风速变为第二风速时，确定在所述第二风通过改变所述DC_DC变换器的占空比，对所述初始的电解槽P_U特得在调节后的电解槽P_U特性曲线中，所述第二输出功率对应的系统交流电压为所述第一根据dq坐标系下风力发电机的转子电流的d轴分量参考值、所述根据所述转子电压参考值，生成第一控制信号；所述第一控制器内部开关元件的导通与断开以使所述风力发电机的转子电压与所述转子电压参考值相根据dq坐标系下网侧电流的d轴分量参考值、所述网侧电流根据所述网侧电压参考值，生成第二控制信号；所述第二控制信号变流器内部开关元件的导通与断开以使所述网侧电压与所述网侧电压根据DC_DC变换器的输入电压的参考值和所述DC_DC变换器的输入电压根据所述第一DC_DC占空比，生成第三控制信号；所述第三控制信号根据电解槽的电解电压的参考值和所述电解电压的实际值，根据所述第二DC_DC占空比，生成第四控制信号；所述第四控制信号47.根据权利要求6所述的方法，其特征在所述转子电流的q轴分量参考值根据所述风力发电机的无功功率的参考值和所述无功所述网侧电流的d轴分量参考值根据直流母线电压的参考值和所述直流母线电压的实所述电解电压的参考值根据所述电解槽的电解功率的参考值和所述电解功率的实际所述无功功率的参考值、所述网侧电流的q轴分量参考值和8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述根子电流的d轴分量参考值、所述转子电流的q轴分量参考值、所述转子电流的d轴分量实际根据所述转子电流的d轴分量参考值、所述转子电流的q轴分量参转子电压的d轴分量参考值和所述转子电压的q轴值；表示所述转子电流的q轴分量参考值；表示所述转子电流的d轴分量参考值；i根据所述转子电压的d轴分量参考值和所述转子电压的q轴分量参考根据所述网侧电流的d轴分量参考值、所述网侧电流的q轴分量参5值；表示所述网侧电流的q轴分量参考值；表示所述网侧电流的值；表示所述网侧电流的q轴分量参考值；表示所述网侧电流的根据所述网侧电压的d轴分量参考值和所述网侧电压的q轴分量参考转子电压参考值确定模块，用于在所述系统处于正常运行模式或紧据dq坐标系下风力发电机的转子电流的d轴分量参考值、所述转子电流的q轴分量参考值、用于控制机侧变流器内部开关元件的导通与断开以使所述风力发电机的转子电压与所述用于控制所述网侧变流器内部开关元件的导通与断开以使所述网侧电压与所述网侧电压第一DC_DC占空比确定模块，用于在所述系统处于正常运行模号用于控制所述DC_DC变换器的占空比与所述第一DC号用于控制所述DC_DC变换器的占空比与所述第二DC67压为所述初始的电解槽P_U特性曲线中所述第一输出功率对应的系统交流电压；在风速由使得在调节后的电解槽P_U特性曲线中，所述第二输出功率对应的系统交流电压为所述第控制机侧变流器内部开关元件的导通与断开以使所述风力发电机的转子电压与所述转子控制信号用于控制所述网侧变流器内部开关元件的导通与断开以使所述网侧电压与所述8[0010]在一种可能的实现方式中，所述转子电流的d轴分量参考值根据所述风力发电机统交流电压表示第二变压器的高压侧的电压；所述转子电流的q轴分量参考值根据所述风流的d轴分量参考值根据直流母线电压的参考值和所述直流母线电压的实际值基于PI控制所述DC_DC变换器的输入电压的参考值通过人为设定得[0011]在一种可能的实现方式中，所述根据dq坐标系下风力发电机的转子电流的d轴分子电流的q轴分量参考值；表示所述转子电流的d轴分量参考值；i表示所述转子电流际值，通过如下公式计算所述网侧电压的d轴分量参考值和所述网侧电压的q轴分量参考9开以使所述风力发电机的转子电压与所述转子电压参考值相等；网侧电压参考值确定模流器内部开关元件的导通与断开以使所述网侧电压与所述网侧电压参考值相等；第一DC_于控制所述DC_DC变换器的占空比与所述第一DC_DC占空比相等；第二DC_DC占空比确定模[0019]包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的[0025]图6示出根据本申请一实施例的控制方法对风电离网制氢系统进行控制的仿真结所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实[0031]图1示出根据本申请一实施例的一种风电离网制氢系统的结构示意图，如图1所[0033]示例性地，风力发电机可以是双馈异步风力发电机(DoublyFedInduction压器的低压侧，400V/1140V变压器可以放置于风机的机舱内部。上述风机侧设备经过整流移相变压器将35kV电压降低至660V，35kV/660V整流移相变压器的低压侧绕组之间经应该理解，图1示出的单台风机与单台电解槽经交流输电线路连接的拓扑示意图可以拓展为一个风电场(包括多台风机)与一个电制氢厂(包括多台电解槽)经交流输电线路(例如运行模式是指风机发出的最大功率(即风机的最大输出功率)未超过电解槽的最大电解功[0046]在正常运行模式下，可以令风机进行最大功率点追踪(Maximumpowerpoint[0048]确定在第一风速下风机进行MPPT的第一输出功率和初始的电解槽P_U特性曲线；电解槽P_U特性曲线用于表示电解槽的电解功率随系统交流电压的变化；系统交流电压为一系统稳定交流电压为初始的电解槽P_U特性曲线中第一输出功率对应的调节后的电解槽P_U特性曲线中，第二输出功率对应的系统交流电压为第一系统稳定交流黑色虚线pana表示风速为v1(即第一风速)时的风机P_U特的功率(即第一输出功率)，PX表示在风速为v2时风机进行MPPT发出的功率(即第二输出功率)。图2中紫色曲线表示初始的电解槽P_U特性曲线(即未改变DC_DC变换器占空变换器占空比后的电解槽P_U特性曲线)。电解槽P_U特性曲线用于表示电解槽的电解功率时，风机P_U特性曲线沿y轴上移，风机的输出功率上升为此时风机P_U特性曲线使得风机P_U特性曲线与调节后的电解槽P_U特性曲线的交点处对应的系统交流电压仍为[0054]制氢侧的DC/DC变换器可以采样系统直流电压(即DC_DC变换器的第一直流侧的电步反映源荷功率平衡(即电源发出的总功率与负荷消耗的总功率平衡)和系统电压稳定水槽P_U特性曲线。DC_DC变换器的占空比表示DC_DC变换器内部开关元件导通的时间占整个节后的电解槽P_U特性曲线相交于③处，对应的系统稳定交流电压回落到udce调节电[0055]本申请实施例的风电离网制氢系统的紧急运行模式是指风机发出的最大功率超中的黑色虚线pma(即黑色虚线①)表示风速为v3时风机进行MPPT的到最大电解功率表示在风速为v3时风机进行MPPT发出的最大功率，定交流电压未超过系统交流电压上限u"。可以由本领域技术人员预先设定，u"和ue的关系可以为[0061]图4示出根据本申请一实施例的风电离网制氢系统的控制方法的流程图，该方法机侧变流器内部开关元件的导通与断开以使所述风力发电机的转子电压与所述转子电压所述网侧变流器内部开关元件的导通与断开以使所述网侧电压与所述网侧电压参考值相(ProportionalIntegral，PI)控制器。PI控制器结合了比例控制和积分控制两种控制方控制模式下对风机侧进行控制的控制框图如图5中风机侧的黄色部分所示。风机侧的控制Ω,基于MPPT算法计算得到风机的最大输出功率参考值(即有功功率参考值)；通过对电网电压(即第二变压器低压侧的电压)和电网电流(即第二变压器低压侧的电流)进行实gg流d轴分量参考值将和Qe输入到无功控制器中，无功控制器基于PI控制算法计算得到dq坐标系下风机的转子电流q轴分量参考值和的具体计算过程可以参照相关技术。将以及通过实时采样得到的风机的转子电流d轴分量实际值ird和转子电流q轴分量实际值i输入到第一电流控制器中，第一电流控制器基于PI控制算irP表示第一电流控制器的比例调节增益，KirI表示第一电流控制器的积分调节化时所产生的磁场对同一绕组自身的感应作用)。通过对和进行合成可以得到dq和生成第一控制信号。生成第一控制信号的过程如下：首先进行dq_αβ坐标系变内部存在多个开关元件，经过SVPWM生成的第一控制信号为脉冲宽度调制(PulseWidth[0078]直流母线电压实际值udc2通过实时采样得到，直流母线电压参考值可以由本dq坐标系下的网侧电流d轴分量参考值网侧电流q轴分量参考值可以网侧电流q轴分量实际值i输入到第二电流控制[0081]公式(3)和(4)可以被称为网侧电压控制方程。计算得信号为PWM信号，可以控制网侧变流器内部开关元件的导通时间与断开时间占整个开关周的电网电压"、电网电流ig"、网侧电压uge、网侧电流ige、转子电流)为三相静止坐分别转换为dq坐标系下的再进行后实际值irq；将i"进行分解可以得到网侧电流d轴分量实际值icd和网侧电流q轴分量实际值i。[0083]在正常控制模式下对制氢侧进行控制的控制框图如图5中制氢侧的黄色部分所端的电压进行采样即可得到DC_DC变换器的输入电压实际值udc1。DC_DC变换器的输入电压器内部开关元件的导通时间与断开时间占整个开关周期的比例，使DC_DC变换器的占空比控制模式下对风机侧进行控制的控制框图如图5中风机侧的蓝色部分所示。在紧急控制模[0086]在紧急控制模式下对制氢侧进行控制的控制框图如图5中制氢侧的蓝色部分所示。在紧急控制模式下，制氢侧的DC_DC变换器需要控制电解槽的电解功率保持在额定值急控制模式下制氢侧的控制目标变为控制DC_DC变换器的输出功率保持在最大电解功率。电压控制器基于PI控制算法计算得到第二DC_DC占空比ddc2。和ddc2的具体计算过程可以参照相关技术。第二DC_DC占空比经过PWM得到可以被DC_DC变换器识别的PWM信号(即第四控制信号)，该PWM信号可以控制DC_DC变换器内部开关元件的导通时间与断开时间占整制和网侧变流器的控制方式与紧急控制模式下对机侧变流器控制和网侧变流器的控制方[0090]图6示出根据本申请一实施例的控制方法对风电离网制氢系统进行控制的仿真结果示意图。图6示出了利用Simulink仿真工具基于本申请提出的控制策略搭建风电离网制发生变化，制氢侧的控制策略可以保证电解槽的电解功率自动跟随风机输出功率的变化，[0092]图7示出根据本申请一实施例的风电离网制氢系统的控制装置的结构示意图，如用于在所述系统处于正常运行模式或紧急运行模式时，根据dq坐标系下网侧电流的d轴分变流器内部开关元件的导通与断开以使所述网侧电压与所述网侧电压参考值相等；第一控制信号用于控制所述DC_DC变换器的占空比与所述第一DC_DC占空比相等；第二DC_DC占[0093]在一种可能的实现方式中，所述转子电流的d轴分量参考值根据所述风力发电机统交流电压表示第二变压器的高压侧的电压；所述转子电流的q轴分量参考值根据所述风流的d轴分量参考值根据直流母线电压的参考值和所述直流母线电压的实际值基于PI控制所述DC_DC变换器的输入电压的参考值通过人为设定得子电流的q轴分量参考值；表示所述转子电流的d轴分量参考值；i表示所述转子电流其中，表示所述网侧电压的q轴分量参考[0096]本申请实施例的风电离网制氢系统的控制装置可以