[发明专利]一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置

说明书

提供一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置，属于电解制氢技术领域，由电感、电容、变压器、逆变器等组成的功率输出电路，控制部分采用DSP+FPGA和DSP+CPLD架构，通过拓扑和控制策略的优越性，减小大功率电力电子设备产生的谐波与功率因数对电网的污染，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，以满足目前急需的大功率电解制氢的应用场合。

技术领域

本发明属于电解制氢技术领域，具体涉及一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置。

背景技术

随着国家对绿色环保能源的需要，氢气作为一种清洁能源，目前被广泛关注和采用，其中电解水置换氢气是一种较好的环保制氢方法。目前市场上主要的大功率氢气电解装置采用可控硅拓扑结构，该拓扑结构存在电网侧功率因素低，电流谐波含量较大的情况，单机不能满足电网要求的情况，特别是在大功率应用场合对电网电能质量的污染较大，影响其他设备正常运行。因此，针对大功率电解氢气的电力电子的应用场合急需开发一款能解决谐波含量问题和功率因数问题的电解水的直流大功率电源。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置，本发明通过拓扑图和控制策略的改变，减小大功率电力电子设备产生的谐波与功率因数对电网的污染，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，满足目前急需的大功率电解制氢的应用场合。

本发明采用的技术方案：一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置，包括降低网侧谐波和改善功率因素的拓扑电路，所述拓扑电路包括变压器1、电感(L1、L2、L3)、整流器1、平波电抗器L4、储能电容C1、电阻R1、逆变器、电感(L5、L6、L7)、变压器2、整流器2、整流器3；所述变压器1输入与电网连接，所述变压器1输出与电感(L1、L2、L3)连接，所述电感(L1、L2、L3)与整流器1连接，所述整流器1通过平波电抗器L4与逆变器连接，所述平波电抗器L4和逆变器的连接脚与逆变器和整流器1的直连脚之间并联有储能电容C1和电阻R1，所述逆变器输出通过电感(L5、L6、L7)与变压器2输入连接，所述变压器2的两个输出上分别连接整流器2和整流器3，所述整流器2通过平波电抗器L8与负载RL连接，所述整流器3通过平波电抗器L9与负载RL连接，所述负载RL两端并联有储能电容C2。

对上述技术方案的进一步限定，所述变压器1采用星三角型变压器。

对上述技术方案的进一步限定，所述整流器1采用多电平整流器，所述整流器1采用DSP+FPGA控制平台和高精度外围采样调理电路进行控制，所述整流器1对电网的三相电压进行采样并将采样到的电压电流信号送给DSP与FPGA进行整流控制。

对上述技术方案的进一步限定，所述逆变器通过DSP+CPLD控制平台进行控制，所述逆变器对后级负载侧输出的直流电压和电流进行高精确采样并将采样的数据提供给DSP进行处理，进而计算出需要调制的交流电压与电流的调制比；其中，所述DSP采用矢量控制策略对电压环和电流环进行快速控制，电流环为快速响应环且采用快环控制策略，电压环响应速度要求次于电流环且采用慢环控制策略；所述逆变器输出一个稳定受控的交流拟合电压通过电感(L5、L6、L7)供给后级的变压器2进行能量传输；所述逆变器的逆变频率控制在500Hz--200Hz之间。

对上述技术方案的进一步限定，所述变压器2采用中频变压器，所述中频变压器经过YYY型绕组电压转换功能将转化的电压供给整流器2和整流器3。

对上述技术方案的进一步限定，所述整流器2和整流器3均采用二极管全桥整流器。

本发明与现有技术相比的优点：

本方案由整流器、电感、电容、逆变器、变压器等组成的功率输出电路，控制部分采用DSP+FPGA和DSP+CPLD架构，通过拓扑和控制策略的优越性，减小大功率电力电子设备产生的谐波与功率因数对电网的污染，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，以满足目前急需的大功率电解制氢的应用场合。