[发明专利]基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源及电源控制方法

说明书

本发明公开了基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源及电源控制方法，包括电压源型PWM变换器，移相全桥变换器，多脉波晶闸管变换器，三相LC滤波器，直流平波电抗器L1、L2，解耦电容器Cs，控制装置。多脉波晶闸管变换器与两级AC‑DC变换器并联连接。所述多脉波晶闸管变换器为主功率整流器，向负载提供主要功率，两级AC‑DC变换器为辅功率整流器，用于补偿由晶闸管整流器产生的输出纹波和输入谐波。补偿后制氢整流电源的直流输出总电流的纹波含量大幅降低，能够有效提高制氢效率，交流输入谐波的到有效抑制，可提高电能质量，实现大功率、低成本、高效率制氢。

技术领域

本发明涉及制氢电源领域，具体是基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源及电源控制方法。

背景技术

能源是人类社会发展的动力源泉，随着社会经济的高速发展，能源的需求量也在持续增加。与此同时，环境和能源危机日益加深，减少使用传统含碳化石能源已经迫在眉睫。氢能作为零碳绿色可再生能源，具有能量密度大、转化效率高等优点，可实现开发到利用全过程零排放、零污染。氢气的制备是氢能产业链中的重要一环。现有制氢技术主要包括化石燃料及化工副产制氢、生物质制氢及电解水制氢等。与其他制氢方式相比，电解水制氢具有近零排放和制氢纯度高等优势，并且还可以和光伏、风力可再生能源发电结合起来，有效地消纳风电、光伏等不稳定能源，缓解其波动性对电网的冲击，具有重要的经济及社会效益。

整流电源作为电解水制氢的核心装置，其性能直接影响了制氢的效率和成本。整流电源输出直流电流用于电解水制氢。需要满足低压大电流输出、高可靠性、高效率及低电流纹波等特点。传统大功率电解堆栈整流电源通常采用二极管或晶闸管整流器(多脉波变换器)，其直流输出电压或电流中的纹波分量较大，导致制氢效率降低。并且整流器产生的谐波在不加任何补偿装置的情况下总谐波失真度往往大于5%，不能满足IEEE519标准对谐波的要求。在中小功率应用中直接采用脉宽调制（PWM）型整流器虽然具有较宽的调节范围，输出纹波小、功率因数高、输入电流畸变程度低、动态性能好等特点，但是其输出电流较小，并且成本高昂，无法用于大功率制氢。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于双级辅助变换器的电解制氢整流电源控制方法，所述整流电源包括电压源型PWM变换器、移相全桥变换器、多脉波晶闸管变换器、三相LC滤波器、直流平波电抗器L1、直流平波电抗器L2、解耦电容器Cs；所述的移相全桥变换器、电压源型PWM变换器、三相LC滤波器、直流平波电抗器L2和解耦电容器Cs构成两级AC-DC变换器；

所述电压源型PWM变换器的桥臂为三相两电平结构，电压源型PWM变换器的相桥臂中点通过所述三相LC滤波器与电网连接，电压源型PWM变换器的输出端与所述的解耦电容器Cs并联连接，移相全桥变换器输入端与解耦电容器Cs并联连接，移相全桥变换器输出端与直流平波电抗器L2的一端连接；

所述多脉波晶闸管变换器一次侧与电网连接，多脉波晶闸管变换器二次侧与直流平波电抗器L1的一端连接；电压源型PWM变换器和移相全桥变换器串联构成辅助功率回路，直流平波电抗器L1的另一端和平波电抗器L2的另一端并联连接至电解槽负载；

包括如下步骤：

步骤一，获取三相交流电源的输入电压va，vb，vc、多脉波晶闸管变换器三相输入电流ira，irb，irc、电压源型PWM变换器三相输入电流ica，icb，icc、解耦电容器两端反馈电压vCs、多脉波晶闸管变换器的输出电流idc1、移相全桥变换器输出电流idc2、整流电源输出电压udc和输出电流idc；

步骤二，对所述的三相交流电源的输入电压va、vb、vc进行派克变换得到同步旋转坐标系下的输入电压的dq分量vd、vq；对所述的多脉波晶闸管变换器的三相输入电流ira、irb、irc进行派克变换得到同步旋转坐标系下的dq分量ird、irq；对所述的电压源型PWM变换器三相输入电流ica、icb、icc进行派克变换得到同步旋转坐标系下的dq分量icd、icq；