[发明专利]一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法

说明书

本发明提出一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法，该系统包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、时空异构耦合控制器和电网供电模块；光伏发电模块为电解铝电解槽提供直流电能，并为燃料电池储能模块充电；燃料电池储能模块将光伏发电模块的剩余电能通过进行储存，采用储存的气体作为燃料得到电能向电解铝电解槽供电；电网供电模块为电解铝电解槽供电；时空异构耦合控制器根据光伏发电模块的光伏发电最大功率P_s和电解铝电解槽的额定功率P₀的关系选择电解铝电解槽的电能输入侧；根据不同输入侧电压和电解铝电解槽的额定电压U₀计算需要的占空比，控制电能输入侧的输出电压。该系统缓解了电网的供电压力和调峰压力，节约了化石能源的消耗。

技术领域

本发明属于清洁能源供电与电力电子电能变换技术领域，具体涉及一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法。

背景技术

铝电解负荷为一级负荷，电解车间的电解槽、多功能天车、空压站、变电整流所等负荷也均为一级负荷。铝电解厂的一级负荷占全厂负荷的95％。大型铝工业基地的电解系列电流也在向超大方向发展。电解铝厂的高负荷对电网的供电系统产生了较大负担。同时电解铝生产中发生的电解反应不可避免的产生了二氧化碳影响了环境。

电解铝现在有供电系统仅为电网供电，方式单一，而电解铝中电解槽向大容量、高电流密度、高技术的方向发展，且电解铝产业本身又是一个高耗能的行业，启动时也会对电网峰谷调节产生较大影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统及方法。

本发明的技术方案是：

一种用于电解铝电解生产的光伏直流供电系统，包括光伏发电模块、燃料电池储能模块、时空异构耦合控制器和电网供电模块；

所述光伏发电模块，用于为电解铝电解槽提供直流电能，并为燃料电池储能模块充电；

所述燃料电池储能模块，用于当光伏发电模块的光伏发电最大功率P_s大于电解铝电解槽的额定功率P₀时，将光伏发电模块的剩余电能通过电转气方式进行储存，并在电解铝电解槽需要燃料电池储能模块供电时，采用储存的气体作为燃料得到电能向电解铝电解槽供电；

所述电网供电模块，用于在光伏发电模块和燃料电池储能模块均不能为电解铝电解槽供电时，为电解铝电解槽供电；

所述时空异构耦合控制器，用于根据实时采集的光伏发电模块的各个光伏发电板的输出电压和输出电流确定光伏发电模块的光伏发电最大功率P_s；实时采集电解铝电解槽的额定功率P₀和额定电压U₀，以及燃料电池当前电量百分比η；根据光伏发电模块的光伏发电最大功率P_s和电解铝电解槽的额定功率P₀的关系选择电解铝电解槽的电能输入侧；根据不同输入侧电压和电解铝电解槽的额定电压U₀计算需要的占空比，控制电能输入侧的输出电压。

所述光伏发电模块，包括：多个光伏发电板、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器；

所述燃料电池储能模块，包括：燃料电池和第三DC/DC变换器；

所述电网供电模块，包括：供电网和AC/DC变换器；