一种氢能微电网系统及控制方法与流程

    技术2025-11-02  18


    本技术涉及微电网设备,尤其涉及一种氢能微电网系统及控制方法。


    背景技术:

    1、本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。

    2、氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。而氯碱工业的副产氢气量也相当可观,对于氯碱工业而言,氢气属于工业尾气,但是从氢能利用的角度来看,氢气又是氢能利用的氢气来源。但是氯碱工业的厂区往往位置偏僻,氢气的运输不便、成本高,因此对于氯碱工业的副产氢气,如何结合实际工业产区的实际情况加以利用,降低成本、减少氯碱工业尾气排放、同时创造经济效益,是一个亟待解决的问题。

    3、现有技术中对氢能的利用,主要是利用氢能发电,借鉴风力发电、光伏发电等组成传统电源+分布式可再生能源+氢能燃料电池的微电网是一种对氢能有效的利用手段,实现能源电力系统绿色化。考虑到工业园区内氯碱工业副产氢气,如果将氢能在工业园区内合理有效利用,组建微电网,不仅能减少氢气的浪费,同时又能降低氢气运输、储存的成本。但由于工业园区的特殊性,例如振动、粉尘、干扰较多,但是很多重要的设备还不能停电,否则会造成巨大的经济损失,因此也对微电网的稳定运行提出了新的技术要求。微电网在运行的过程中,首先需要考虑的就是其稳定性问题,例如负荷变化引起的微电网电压、频率的变化都需要可控,才能保证系统内负荷的用电安全,其次微电网内若干负荷出现异常的时候,要保证其余重要的负荷稳定用电,同时还要考虑重新上电的问题。

    4、鉴于此,有必要提供一种氢能微电网系统及控制方法,以解决上述技术问题。


    技术实现思路

    1、本技术要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种氢能微电网系统及控制方法。

    2、本技术解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是:

    3、本技术提出了一种氢能微电网系统,包括:

    4、第一交流母线,所述第一交流母线与电网连接;

    5、ac/dc双向变流模块,包括均与第一交流母线连接的第一ac/dc双向变流单元、第二ac/dc双向变流单元;

    6、第一储能模块,所述第一储能模块与第一ac/dc双向变流单元连接;

    7、第一氢燃料电池发电模块,所述第一氢燃料发电模块与第二ac/dc双向变流单元连接;

    8、第二交流母线,所述第二交流母线通过第二高压断路器与第一交流母线连接;

    9、第三ac/dc双向变流单元,所述第三ac/dc双向变流单元与第二交流母线连接;

    10、第一直流母线,所述第一直流母线与第三ac/dc双向变流单元连接;

    11、分布式发电模块,所述分布式发电模块通过第一dc/dc双向变流单元与第一直流母线连接;

    12、第二储能模块,所述第二储能模块通过第二dc/dc双向变流单元与第一直流母线连接。

    13、优选地,

    14、所述第一储能模块与第一ac/dc双向变流单元之间设有第一储能变流器;所述第二储能模块与第二dc/dc双向变流单元之间设有第二储能变流器;

    15、所述第二交流母线与第一静态开关连接,所述第一静态开关与重要交流负荷连接;

    16、所述第一直流母线与第二静态开关连接,所述第二静态开关与重要直流负荷连接。

    17、优选地,

    18、所述第一氢燃料电池发电模块包括:

    19、工业副产氢单元,所述工业副产氢单元用于收集氯碱工业副产氢气,

    20、氢气存储单元,所述氢气存储单元用于将所述氯碱工业副产氢气提纯后储存;

    21、氢气发电单元,所述氢气发电单元用于利用氢气存储单元中的氢气进行发电后与第二ac/dc双向变流单元连接。

    22、优选地,

    23、所述第一氢燃料电池发电模块中的所用的氢燃料电池为质子交换膜燃料电池。

    24、优选地,

    25、所述分布式发电模块为第二氢燃料电池发电模块,采用氢燃料电池发电。

    26、优选地,

    27、所述分布式发电模块包括但不限于光伏发电、风力发电、水力发电、微型轮机发电、地热能发电、生物能发电、海洋能发电中的一种或多种。

    28、优选地,

    29、所述第一交流母线与电网之间设有第一高压断路器。

    30、一种氢能微电网控制方法,包括以下步骤:

    31、第一步:实时检测电压u和频率f,若电压u和频率f在正常范围内,进入第二步;若电压u和/或频率f偏离正常区域进入第六步;

    32、第二步:检测微电网发电是否盈余,如果发电盈余进入第三步;若发电缺额进入第五步:

    33、第三步:判断储能模块储能充电是否已满,如果储能充电已满,则限制第一氢燃料电池发电模块发电,然后进入第四步;

    34、如果储能充电未满,则对储能模块进行充电,储存多余的电力;

    35、第四步:检测微电网发电是否仍然盈余,如果发电盈余则限制分布式发电模块发电;然后进入第一步;

    36、第五步:检测储能模块的储能是否到达下限,如果储能到达下限则切除不重要的负荷,如果储能未达到下限,则通过储能模块放电补充用电缺额;然后回到第一步;

    37、第六步:对氢能微电网进行动态调整。

    38、优选地,

    39、所述第六步中对氢能微电网进行动态调整的步骤如下:

    40、第s1步:若电压u偏离正常区域进入第s2步;若频率f偏离正常区域进入第s4步;

    41、第s2步:若电压u低于正常设定的最低电压阈值,则增加无功补偿,同时切除不必要的负荷,然后进入第s3步;

    42、若电压u高于正常设定的最高电压阈值,则减少无功补偿,同时限制第一氢燃料电池发电模块和分布式发电模块发电,然后进入第s3步;

    43、第s3步:若电压u仍低于正常设定的最低电压阈值,或电压u仍高于正常设定的最高电压阈值,则首先断开静态开关,然后对微电网实施保护和故障隔离;

    44、若电压u恢复正常,进入第s6步;

    45、第s4步:若频率f低于正常设定的最低频率阈值,则储能模块放电,同时切除不必要的负荷,然后进入第s5步;

    46、若频率f高于正常设定的最高频率阈值,则对储能模块充电,同时限制第一氢燃料电池发电模块和分布式发电模块发电,然后进入第s5步:

    47、第s5步:若频率f仍低于正常设定的最低频率阈值,或频率f仍高于正常设定的最高频率阈值,则首先断开静态开关,然后对微电网实施保护和故障隔离;

    48、若频率f恢复正常,则进入第s6步;

    49、第s6步:回到第一步。

    50、优选地,所述无功补偿通过无功补偿装置进行补偿;

    51、所述最低电压阈值为所述氢能微电网额定电压值的90%;

    52、所述最高电压阈值为所述氢能微电网额定电压值的110%;

    53、所述最低频率阈值为所述氢能微电网额定频率值-0.2hz;

    54、所述最高频率阈值为所述氢能微电网额定频率值+0.2hz。

    55、与现有技术相比,本技术的有益效果为:

    56、1、本技术的一种氢能微电网系统及控制方法,结合工业园区的特点,利用氯碱工业的副产氢气进行发电,搭建“传统电源+分布式可再生能源+氢能燃料电池”以氢能为支撑的微电网,氢气的制取、输送成本低廉,适合工业园区实施,加速工业领域深度脱碳。

    57、2、本技术的一种氢能微电网系统及控制方法,设立第一氢燃料电池发电模块6和分布式发电模块11至少两个发电模块,任一发电模块故障或者检修,都不会影响微电网整体的运行。

    58、3、第一交流母线1和第二交流母线7的可断开设计,可以保证当通过第一交流母线1用电的负荷出现异常导致第一高压断路器19断开时,通过断开第二高压断路器10来对于第二交流母线7连接的负荷进行保护用电;由于第二交流母线7的回路上连接有分布式发电模块11,因此当第二交流母线7与第一交流母线1断开后,仍能保证第二交流母线7回路上的分布式发电模块11以及与其连接的各种负荷组成一个“小的微电网”,保证负荷用电,提高稳定性。


    技术特征:

    1.一种氢能微电网系统,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的一种氢能微电网系统,其特征在于:

    3.根据权利要求2所述的一种氢能微电网系统,其特征在于:

    4.根据权利要求3所述的一种氢能微电网系统,其特征在于:

    5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种氢能微电网系统,其特征在于:

    6.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种氢能微电网系统,其特征在于:

    7.根据权利要求5所述的氢能微电网系统,其特征在于:

    8.一种氢能微电网控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

    9.根据权利要求8所述的一种氢能微电网控制方法,其特征在于:

    10.根据权利要求9所述的一种氢能微电网控制方法,其特征在于:


    技术总结
    本申请涉及微电网设备技术领域,尤其涉及一种氢能微电网系统。包括第一交流母线,与第一交流母线连接的第一AC/DC双向变流单元、第二AC/DC双向变流单元;与第一AC/DC双向变流单元连接的第一储能模块;与第二AC/DC双向变流单元连接的第一氢燃料电池发电模块;通过第二高压断路器与第一交流母线连接第二交流母线;通过第三AC/DC双向变流单元与第一直流母线连接第一直流母线;通过第一DC/DC双向变流单元与第一直流母线连接的分布式发电模块;本申请的一种氢能微电网系统,结合工业园区的特点,利用氯碱工业的副产氢气进行发电组建微网,氢气的获取、输送成本低廉,适合工业园区实施,稳定性也更好,适合工业园区实施,加速工业领域深度脱碳。

    技术研发人员:冯威,王燕,薛红,魏哲,张浩然,陈佳君,隗健,赵明程
    受保护的技术使用者:山东东岳高分子材料有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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