[发明专利]非并网风电电解水制氢系统和方法

说明书

本发明公开了一种非并网风电电解水制氢系统和方法，该系统包括：风力发电机组、整流模块、电解水制氢模块、储氢模块和控制模块。风力发电机组与直流母线连接；电解水制氢模块与直流母线连接，电解水制氢模块包括j个并联支路，每个并联支路上有k个串联的制氢单元，每个并联支路上串联有一个支路开关，每个制氢单元并联有一个功率开关，功率开关闭合时，功率开关对应的制氢单元短路。储氢模块与电解水制氢模块通过管道连接。控制单元分别与风力发电机组、整流模块和功率开关连接。本发明的非并网风电电解水制氢系统和方法，避免了变流次数较多导致的电力消耗问题，且能够在不同的发电效率下均具备较高的氢气转换效率。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种非并网风电电解水制氢系统和方法。

背景技术

非并网风电技术是一种直接将风电应用于高耗能产业的风力发电技术，可有效地应对风电本身的间歇性、波动性等问题对电网的影响。非并网风电+电解水制氢构成的非并网风电制氢，实现了“风能-电能-氢能”的绿色能源转化，加之氢能的使用完全做到零碳排放、零污染，形成100％可再生能源循环体系。

目前利用风电制氢的系统通常主要包括风力发电机组、AC/DC整流及调压装置、控制装置和电解水制氢装置。工作时，将风力发电机组输出电能接入风电场内部交流电网，再经过AC/DC整流及调压装置得到电解水所需的直流电连接到电解水制氢装置。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：风力发电机的电能接入风电场内部交流电网之前需要对每个风机输出电压进行一次变流调控，AC/DC整流及调压装置通常采用不可控整流+DC/DC变换装置或可控整流装置来实现对直流电压的调控，整个系统变流装置较多，引入了大量的电力电子电路的损耗；且制氢装置容量固定，在风电功率较小时制氢效率较低，不能够充分将风能转化为氢能。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种非并网风电电解水制氢系统和方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种非并网风电电解水制氢系统，所述系统包括：风力发电机组、整流模块、电解水制氢模块、储氢模块和控制模块；所述风力发电机组包括多个风力发电机，每个所述风力发电机与一个所述整流模块的交流侧连接，所述整流模块的直流侧与直流母线连接；所述电解水制氢模块与所述直流母线连接，所述电解水制氢模块包括j个并联支路，每个并联支路上有k个串联的制氢单元，每个所述制氢单元包括多个电解槽，每个所述并联支路上串联有一个支路开关，每个所述制氢单元并联有一个功率开关，所述功率开关闭合时，所述功率开关对应的制氢单元短路；所述储氢模块与所述电解水制氢模块通过管道连接，用于储存氢气；所述控制单元分别与所述风力发电机组、所述整流模块、所述支路开关和所述功率开关连接，用于监控所述风力发电机组的运行状态、调整所述整流模块的输出、控制所述支路开关和所述功率开关的启闭。

在一种可能的设计中，所述直流母线与一个所述整流模块的直流侧连接，所述整流模块的交流侧与所述公共交流电网连接。

在一种可能的设计中，所述电解水制氢模块包括m*n个电解槽，每个所述制氢单元包括n/j个并联支路，每个并联支路上有m/k个串联的电解槽。

在一种可能的设计中，所述风力发电机组为三相永磁同步发电机或双馈发电机。

在一种可能的设计中，所述整流模块为三相准Z源整流模块。

在一种可能的设计中，所述功率开关为电力三极管、金属氧化物半导体场效应管或绝缘栅双极型晶体管；和/或，所述支路开关为电力三极管、门级可关断晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。

在一种可能的设计中，所述电解槽为单极式离子交换膜电解槽或双极式离子交换膜电解槽。

第二方面，提供了一种非并网风电电解水制氢方法，所述方法包括：

控制模块检测风力发电机组的运行状态，获取当前的风电功率；