一种用于就地制氢的风光互补电源装置的制作方法

1.本实用新型涉及制氢电源装置技术领域，特别涉及一种用于就地制氢的风光互补电源装置。


背景技术：

2.目前制氢的方法有：矿物燃料制氢法和电解水制氢法，其中矿物燃料制氢法存在能耗较高、制氢效率不高、一次制备氢纯度较低等问题。而电解水制氢是最理想的制氢方式，其关键问题是如何低电耗制备氢气，传统的制氢工艺电源都是通过电网提供交流电，以及通过交流输送电能，而不论是碱性电解池方式、固体聚合物电解池方式、还是高温固体氧化物电解池方式都面临着电能消耗的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种用于就地制氢的风光互补电源装置，通过风电和光电以及交直流输送方式给制氢装置供电，利用风能、太阳能的互补性,可以获得比较稳定的输出，解决制氢过程中电耗的问题。
4.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
5.一种用于就地制氢的风光互补电源装置，包括风力发电阵列和光伏发电阵列，
6.所述风力发电阵列将风能转化为交流电，其输出端连接至风力发电汇流升压站，风力发电汇流升压站高压侧连接至交流母线，交流母线末端连接至交流输出；
7.所述光伏发电阵列包括将光能转化为直流电的光伏板、将直流电转化为交流电的集中式逆变器，集中式逆变器的输出端连接于光伏发电汇流升压站，光伏发电汇流升压站包括换流阀，换流阀输出端连接至直流母线，直流母线末端连接至直流输出。
8.更进一步地，所述交流输出配置多绕组变压器，以输出所需各电压等级的交流电。
9.更进一步地，所述直流输出配置直流斩波器，以输出所需各电压等级的直流电。
10.更进一步地，所述交流母线与直流母线之间连接有换流站。
11.更进一步地，所述换流站内设有整流装置，整流装置将交流母线的交流电转换成直流电并输送至直流母线。
12.更进一步地，所述换流站内设有逆变装置，逆变装置将直流母线的直流电转换成交流电并输送至交流母线。
13.更进一步地，所述风力发电汇流升压站与光伏发电汇流升压站低压侧母线之间通过两路电缆连接，完成第一次光伏发电和风力发电之间的互补。
14.更进一步地，所述风力发电阵列通过风电集电线路连接至风力发电汇流升压站，光伏发电阵列通过光伏集电线路连接至光伏发电汇流升压站，风电集电线路和光伏集电线路还连接于对应的储能装置，用于储存过剩的风电和光电。
15.更进一步地，所述风电集电线路连接的储能装置包括重力储能装置。
16.更进一步地，所述光伏集电线路连接的储能装置包括蓄电池储能装置。
17.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
18.利用风能、太阳能的互补性,可以获得比较稳定的输出,并配置电化学储能和物理重力储能，系统有较高的稳定性和可靠性；在保证同样供电的情况下,可大大减少储能蓄电池储能装置的容量，所发电量基本供给制氢站就地使用；
19.通过合理地设计与匹配,可以基本上由风光互补发电系统供电,很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等,可获得较好的社会效益和经济效益,符合脱碳减排理念；方便制氢效率的诸多因素中：电解液温度（电加热器恒温控制）、电解液性质（不同的电解液，酸、碱、盐可调节电压）、析氢电压（制氢电极通直流电）、氢气产生以后如何高效收集（压缩机电源）等问题得以妥善处理。
附图说明
20.图1为本实用新型的系统整体结构示意图；
21.图2为本实用新型的整体布置示意图；
22.图3为本实用新型的风电阵列示意图；
23.图4为本实用新型的光伏阵列示意图；
24.图5为本实用新型的电气主接线图；
25.图中：1、交流输出；2、直流输出；3、交流母线；4、直流母线；5、换流站；6、整流装置；7、逆变装置；8、风力发电汇流升压站；9、光伏发电汇流升压站；10、换流变压器；11、换流阀；12、风电集电线路；13、光伏集电线路；14、蓄电池储能装置；15、重力储能装置；16、风力发电阵列；17、无刷双馈发电机；18、光伏发电阵列；19、集中式逆变器；20、控制器；21、信号调制器；22、信号采集器。
实施方式
26.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本实用新型的限制。
27.一种用于就地制氢的风光互补电源装置，如图1和图2所示，包括风力发电阵列16和光伏发电阵列18；
28.如图3所示，风力发电阵列16通过无刷双馈发电机17将风能转化为交流电（第1-7组：每组16台，单机功率6250kw，每组功率100000kw；第8~14组：每组16台，单机功率6250kw，每组功率100000kw），其输出端连接至风力发电汇流升压站8，风力发电汇流升压站8高压侧连接至交流母线3，使得交流电经过风力发电汇流升压站8中交流升压变压器送出至交流母线3。
29.如图1所示，交流母线3末端连接至交流输出1；交流输出1引自架空输电线路交流母线3末端，并配置多绕组变压器，以输出所需各电压等级的交流电，满足工厂使用。
30.如图4所示，光伏发电阵列18包括将光能转化为直流电的光伏板、将直流电转化为交流电的集中式逆变器19，太阳能光伏板将光能转化为直流电，同时经过汇流箱将阵列中的直流电送至集中式逆变器19，将直流电转化为交流电（本实施例中，每个集中式逆变器19的功率为3.125mw,共192台）。
31.集中式逆变器19的输出端连接于光伏发电汇流升压站9，光伏发电汇流升压站9内
包括换流变压器10和换流阀11，直流母线4的首端接自光伏发电汇流升压站9内的换流阀11，使得集中式逆变器19的输出端与光伏发电汇流升压站9中的换流变压器10连接，再经换流阀11送出至直流母线4。
32.如图1所示，直流母线4末端连接至直流输出2；直流输出2引自架空输电线路直流母线4末端，并配置直流斩波器，以输出所需各电压等级的直流电，满足工厂使用。
33.如图1所示，交流母线3和直流母线4实现交直流单回同时送电，提高负荷侧的供电可靠性，输出部分包含交流输出1和直流输出2，其中交流输出1用来供给电解水恒温装置的电加热器和电解后氢气、氧气储存的压缩机等负荷，直流输出2主要提供电解池电极的析氢电压。
34.如图1和图4所示，风力发电汇流升压站8与光伏发电汇流升压站9低压侧母线之间通过两路电缆连接，完成第一次光伏发电和风力发电之间的互补，一方面提高供电可靠性，另一方面将风电和光电联系起来；
35.其中，风力发电阵列16中风力发电机采用无刷双馈发电机17，无刷双馈发电机17通过控制器20调节励磁电机的频率可以实现变速恒频发电，光伏发电阵列18中的逆变器采用集中式逆变器19并配备锁相环，通过控制器20中的信号调制器21给于锁相环合适的触发角，并与风力发电机的励磁系统相互协调，可输出与风力发电机相同的频率和相位的电流。
36.如图1所示，架空输电线路交流母线3与架空输电线路直流母线4之间连接有换流站5；同时设置交流母线3和直流母线4来取代交、直流单回或交流双回供电，提高了系统的供电可靠性。
37.具体的，换流站5内设有整流装置6和逆变装置7，整流装置6将交流母线3的交流电转换成直流电并输送至直流母线4，逆变装置7将直流母线4的直流电转换成交流电并输送至交流母线3；通过换流站5将交流母线3和直流母线4两者联系起来，进一步提高输电线路的可靠性，同时将风电和光电进一步进行相互转化，实现风电交流和光伏直流之间进行第二次互补。
38.如图1所示，风力发电阵列16通过风电集电线路12连接至风力发电汇流升压站8低压侧，光伏发电阵列18通过光伏集电线路13连接至光伏发电汇流升压站9低压侧，风电集电线路12和光伏集电线路13还连接于对应的储能装置；
39.其中，风电集电线路12连接的储能装置包括重力储能装置15，引自风电集电线路12，是物理储能；光伏集电线路13连接的储能装置包括蓄电池储能装置14，引自光伏集电线路13，蓄电池储能装置14为化学储能；蓄电池储能装置14和重力储能装置15通过不同的储能方式，来储存过剩的风电和光电，必要时将存储的电量输出。
40.本系统还可包括控制器20，控制器20包括信号调制器21和信号采集器22；信号调制器21用来给风力发电机的励磁系统和逆变器的锁相环提供相关的参数，信号采集器22用来收集光伏系统和风力发电系统，以及制氢系统的相关参数（例如监控电解池中电解液的温度和调节析氢电极的电压，并通过气体流量计传输实时制氢速率），形成一个负反馈闭环系统，使整个装置更加稳定、安全、可靠。
41.工作原理：
42.光伏阵列通过太阳能光伏板，将光能转化为直流电，同时经过汇流箱将阵列中的直流电送至集中式逆变器19，将直流电转化为交流电，集中式逆变器19的输出端与光伏发
电汇流升压站9中的换流变压器10连接，再经换流阀11送出至直流母线4；
43.风力发电阵列16通过无刷双馈发电机17将风能转化为交流电，经过风力发电汇流升压站8中交流升压变压器送出至交流母线3；
44.风力发电汇流升压站8与光伏发电汇流升压站9之间的低压侧母线通过两路电缆连接，实现第一次风电和光电之间的转化与互补；并通过换流站5将交流母线3和直流母线4两者联系起来，进一步提高输电线路的可靠性，实现第二次风电和光电之间的转化与互补；同时设置交流母线3和直流母线4取代交、直流单回或交流双回供电，提高了系统的供电可靠性。
45.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，不用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：包括风力发电阵列（16）和光伏发电阵列（18），所述风力发电阵列（16）将风能转化为交流电，其输出端连接至风力发电汇流升压站（8），风力发电汇流升压站（8）高压侧连接至交流母线（3），交流母线（3）末端连接至交流输出（1）；所述光伏发电阵列（18）包括将光能转化为直流电的光伏板、将直流电转化为交流电的集中式逆变器（19），集中式逆变器（19）的输出端连接于光伏发电汇流升压站（9），光伏发电汇流升压站（9）包括换流阀（11），换流阀（11）输出端连接至直流母线（4），直流母线（4）末端连接至直流输出（2）。2.根据权利要求1所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述交流输出（1）配置多绕组变压器，以输出所需各电压等级的交流电。3.根据权利要求1所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述直流输出（2）配置直流斩波器，以输出所需各电压等级的直流电。4.根据权利要求1所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述交流母线（3）与直流母线（4）之间连接有换流站（5）。5.根据权利要求4所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述换流站（5）内设有整流装置（6），整流装置（6）将交流母线（3）的交流电转换成直流电并输送至直流母线（4）。6.根据权利要求4或5所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述换流站（5）内设有逆变装置（7），逆变装置（7）将直流母线（4）的直流电转换成交流电并输送至交流母线（3）。7.根据权利要求1所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述风力发电汇流升压站（8）与光伏发电汇流升压站（9）低压侧母线之间通过两路电缆连接，完成第一次光伏发电和风力发电之间的互补。8.根据权利要求1所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述风力发电阵列（16）通过风电集电线路（12）连接至风力发电汇流升压站（8），光伏发电阵列（18）通过光伏集电线路（13）连接至光伏发电汇流升压站（9），风电集电线路（12）和光伏集电线路（13）还连接于对应的储能装置，用于储存过剩的风电和光电。9.根据权利要求8所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述风电集电线路（12）连接的储能装置包括重力储能装置（15）。10.根据权利要求8所述的一种用于就地制氢的风光互补电源装置，其特征在于：所述光伏集电线路（13）连接的储能装置包括蓄电池储能装置（14）。

技术总结
本实用新型公开了一种用于就地制氢的风光互补电源装置，涉及制氢电源装置技术领域，包括风力发电阵列和光伏发电阵列，风力发电阵列将风能转化为交流电，其输出端连接至风力发电汇流升压站，风力发电汇流升压站高压侧连接至交流母线，交流母线末端连接至交流输出；光伏发电阵列包括将光能转化为直流电的光伏板、将直流电转化为交流电的集中式逆变器，集中式逆变器的输出端连接于光伏发电汇流升压站，光伏发电汇流升压站包括换流阀，换流阀输出端连接至直流母线，直流母线末端连接至直流输出。通过风电和光电以及交直流输送方式给制氢装置供电，利用风能、太阳能的互补性,可获得比较稳定的输出，解决制氢过程中电耗的问题。解决制氢过程中电耗的问题。解决制氢过程中电耗的问题。


技术研发人员：严圣军 黄凯 李军 王忠军 黄艳 李兰娥 杨冠草
受保护的技术使用者：中国天楹股份有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/23