[发明专利]光伏直流离网电制氢系统及其容量优化配置方法、自适应控制方法

说明书

本发明的实施例提供了一种光伏直流离网电制氢系统及其容量优化配置方法、自适应控制方法，涉及制氢技术领域。光伏直流离网电制氢系统包括光伏直流电制氢模块、输气管道、储气罐系统和压缩机，光伏直流电制氢模块通过输气管道汇集到储气罐系统，储气罐系统的出口连接压缩机，其中，光伏直流电制氢模块包括依次连接的光伏阵列、汇流箱、DC/DC变换器、电解水制氢槽和气液分离纯化装置。该系统能够节省了直流线缆投资，可以实现光伏直流电制氢模块灵活配置，适用于沙漠、戈壁、荒漠等偏远地区的光伏规模化开发消纳。

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种光伏直流离网电制氢系统及其容量优化配置方法、自适应控制方法。

背景技术

在沙漠、戈壁、荒漠等地区建设大型新能源基地对资源利用具有重要意义，但是偏远地区尚无电网或电网较为薄弱，导致大规模新能源电源开发需要等待电网建设，影响新能源规模化开发进度。大规模光伏制氢成为解决偏远地区，规模化开发新能源和本地消纳的重要应用模式。

传统的大规模光伏并网制氢系统存在逆变、升压并网、传输、降压、整流制氢等多个环节，系统损耗高、建设成本高；且大规模光伏接入需要电网提供接入点，其波动性、随机性容易影响电网安全稳定运行。因此，大规模光伏直流电制氢系统方案成为新能源行业关注的重要技术路径。

专利申请CN107359363A、CN110601231A和CN107196418A均提出了一种基于光伏制氢和氢燃料电池一体化系统，将光伏电池方阵发电一部分直接逆变上网，另一部分通过制氢、燃料电池发电上网，实现光伏发电的存储。但是，光伏发电的频繁波动会对制氢设备安全性造成影响，制氢设备的调节速率无法满足调度快速调节的需求。专利申请CN113098038A提出一种光伏制氢储能系统，包括：光伏电站，光伏电站包括光伏板阵列、汇流箱、直流箱、逆变器和升压系统，光伏板阵列发出的电依次通过汇流箱、直流箱、逆变器和升压系统输送到电网。专利申请CN111934348A提出一种光伏电站分散式制氢与共享式储能直流侧接入系统，利用共享式电池储能系统，解决光伏电站弃电问题。上述技术方案中光伏发电主要通过电网消纳，不适合沙漠、戈壁、荒漠等偏远地区进行新能源规模化开发。

专利申请CN112217227A提出一种直流耦合光伏离网制氢系统及其控制方法，优化了DC/DC变换器待机和开机等控制方法，避免了现有技术中DC/DC变换器在光照较弱时频繁开关机的问题。专利申请CN112217192A提出一种直流耦合光伏离网制氢系统及其控制方法，优化了N个组串功率变换器的连接方式，避免了因单个DC/DC变换器出现故障而导致整个制氢系统关闭的问题，增加了配电的可靠性，增强了系统的冗余性能。专利申请CN112217193A提出一种直流耦合光伏离网制氢系统及其控制方法，通过优化DC/DC变换单元，增加供电可靠性。专利申请CN112994075A提出一种光伏离网制氢方法和系统，该光伏离网制氢系统包括：光伏方阵系统、两级式DC/DC变换器系统制氢槽系统和控制系统。专利申请CN114182276A提出一种直流耦合光伏离网制氢系统及其控制方法，光伏方阵通过DC/AC变换单元，为的辅助用电设备继续供电。上述专利申请中均采用光伏直流离网电制氢系统技术，系统中采用直流母线汇集导致大规模光伏制氢的直流电缆的长度大，投资成本高；且技术方案均采用了储气罐，没有考虑电制氢、储气罐、输气官网的联合调控，难以满足新能源电制氢规模化开发的需求和氢气大规模外输的问题。

可见，目前的光伏直流电制氢系统至少存在以下问题：

1.并网型光伏制氢系统方案中接入电网容量大，对输电通道和电网调节能力要求高，不适合弱电网或者无电网的沙漠、隔壁、荒漠地区的大规模新能源电制氢应用场景；

2.离网光伏直流电制氢系统中采用直流汇集，导致电缆长度大，投资成本较高；

3.离网光伏直流电制氢系统采用储气系统，存储容量有限，没有考虑电制氢、储气罐、输气管网的联合调控，难以满足新能源电制氢规模化开发的需求和氢气大规模外输的需求，也没有考虑沙漠、隔壁、荒漠地区的大规模新能源电制氢的水源如何解决；