[发明专利]一种风氢耦合系统及其控制方法

说明书

本发明适用于电力技术领域，提供了一种风氢耦合系统及其控制方法，包括：直驱风力发电机，用于将捕获的风能转化为机械能，并将机械能转化为电能；所述机侧变流器，用于将所述直驱风力发电机输出的交流电转换为直流电；所述网测变流器，用于将所述转子侧变换器输出的直流电转换为交流电，经滤波后馈入区域电网；碱式电解槽以及质子交换膜燃料电池分别通过DC/DC变流器耦合于连接所述机侧变流器与网测变流器的直流母线处，用于调节系统功率的平衡。该风氢耦合系统可有效解决分散式风电的弃风问题，最大限度的消纳多余功率，风机出力不足时补充功率差额，实现削峰填谷，且各单元输出功率相对平稳，有利于分散式风电高渗透友好并网运行。

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种风氢耦合系统及其控制方法。

背景技术

相较于集中式风电模式，分散式风电以其高效灵活、靠近负荷中心等优点而具备广阔的发展前景。但风能固有的间歇性与波动性是阻碍分散式风电并网的一大桎梏，弃风状况严重仍然是当前亟需解决的问题，据统计，2018年全国弃风电量高达277亿千瓦时。利用储能装置协调配合是解决上诉问题的手段之一，与传统储能能源形式不同，氢能是目前最清洁环保的绿色能源，其能量密度大且能够长期存储。随着制氢技术的日渐发展和燃料电池技术的不断突破，将氢能作为储能介质来平衡风电的生产与供应，为今后分散式风电的系统功率调节和低电压穿越能力的提升提供了新思路。

目前国内外基于风氢耦合提升分散式风电消纳及低电压穿越能力的研究较少，国内尚无商业化运行的风电制氢储能和燃料电池发电系统，在氢储能系统运行经济性、可靠性、稳定性等方面有待进一步深入。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种风氢耦合系统及其控制方法，旨在填补国内尚无商业化运行的风电制氢储能和燃料电池发电系统的空白。

本发明实施例是这样实现的，一种风氢耦合系统，所述风氢耦合系统包括：

直驱风力发电机，用于将捕获的风能转化为机械能，并将机械能转化为电能，向机侧变流器输出低频交流电；

所述机侧变流器，用于将所述直驱风力发电机输出的交流电转换为直流电，以向网测变流器输出；

所述网测变流器，用于将所述转子侧变换器输出的直流电转换为交流电，经滤波后馈入区域电网；

碱式电解槽以及质子交换膜燃料电池分别通过DC/DC变流器耦合于连接所述机侧变流器与网测变流器的直流母线处，用于调节系统功率的平衡。

本发明实施例的另一目的在于一种风氢耦合系统的控制方法，包括：

建立直驱风机、碱式电解槽以及质子交换膜燃料电池数学模型；

根据所述直驱风机数学模型，确定风电出力；

当所述风电出力大于负荷需求时，根据所述碱式电解槽数学模型控制电解槽电解水制氢消纳系统剩余功率；

当所述风电出力小于负荷需求时，根据所述质子交换膜燃料电池数学模型控制燃料电池进行功率差额补充。

本发明实施例提供的风氢耦合系统，包括直驱风力发电机、机侧变流器、网测变流器、碱式电解槽以及质子交换膜燃料电池，其中，碱式电解槽以及质子交换膜燃料电池分别通过DC/DC变流器耦合于连接所述机侧变流器与网测变流器的直流母线处，用于调节系统功率的平衡。该风氢耦合系统可有效解决分散式风电的弃风问题，最大限度的消纳多余功率，风机出力不足时补充功率差额，实现削峰填谷，且各单元输出功率相对平稳，有利于分散式风电高渗透友好并网运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的风氢耦合系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的风氢耦合系统的基本工作原理流程图；