申请/专利权人：天津大学

申请日：2024-03-14

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118232368A

主分类号：H02J3/28

分类号：H02J3/28;H02J3/32;H02J3/46;H02J15/00

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.21#公开

摘要：本发明公开了一种光伏离网制氢系统的电‑氢储能协调配置方法，记系统故障发生的时刻t0至直流母线电压Udc恢复时刻t3，以及输出功率的零点发生时刻t2，获得阶段Ⅰ、阶段Ⅱ‑A至阶段Ⅱ‑B的故障恢复期间t0～t3的蓄电池释放的能量；获得直流母线电压Udc恢复时刻t3之后的蓄电池输出功率；建立电解槽的功率动态响应方程和燃料电池的功率动态响应方程；记燃料电池输出功率达到最大出力值的时刻t4，获得阶段Ⅲ的蓄电池释放的能量；生成氢储能和电化学储能每个阶段的协调配合策略；求得燃料电池的最大出力和k值电化学储能容量。本发明提高了光伏直流离网制氢系统的经济性和供电可靠性。

主权项：1.一种光伏离网制氢系统的电-氢储能协调配置方法，其特征在于，包括：步骤1，获得光伏离网制氢系统故障发生的时刻t0、故障清除时刻t1和直流母线电压Udc恢复时刻t3，t1之前燃料电池出口对外输出功率，故障清除瞬间由于直流母线电压Udc快速上升，燃料电池出口由输出功率变成吸收功率，记输出功率的零点发生在t＝t2时刻；依据时间t0、t1、t2、t3划分以下阶段：t0～t1记为阶段Ⅰ：在阶段Ⅰ中，直流母线电压Udc跌落，各直流负载功率随之下降，蓄电池不出力；t1～t2记为阶段Ⅱ-A：在阶段Ⅱ-A中，直流母线电压Udc快速上升，蓄电池向电解槽、直流负载供电；t2～t3记为阶段Ⅱ-B：在阶段Ⅱ-B中，直流母线电压Udc继续上升，蓄电池向电解槽、直流负载供电，以及向DCDC转化电路出口电容充电；获得阶段Ⅰ、阶段Ⅱ-A至阶段Ⅱ-B的故障恢复期间t0～t3的蓄电池释放的能量如下式所示： 式中，Ebatpre为故障恢复期间蓄电池释放的能量值，Pbatpk1为故障清除瞬间时刻t1蓄电池达到的功率峰值，Pbatpk2为直流母线电压基本恢复时刻t3蓄电池达到的功率值；步骤2，获得直流母线电压Udc恢复时刻t3之后的蓄电池输出功率，如下式所示：Pbatt＝PELt+Pload-PFCt-Ppvt2式中，Pbatt为蓄电池输出功率，Ppvt为光伏功率，PFCt为燃料电池功率；步骤3，建立电解槽的功率动态响应方程，如下式所示： 式中，PELt为外电路向电解槽输入的功率，PEL0为电解槽的初始功率，PEL∞为电解槽在故障清除时刻t1后达到的新的稳态功率，τEL为电解槽输入功率响应的时间常数；步骤4，建立燃料电池的功率动态响应方程，如下式所示： 式中，PFCt表示燃料电池功率，PFC0为燃料电池初始状态的功率，PFC∞表示燃料电池在直流母线电压基本恢复时刻t3后达到的稳态输出功率，τFC表示燃料电池输出功率响应的时间常数；步骤5，获得燃料电池输出功率达到最大出力值的时刻t4；t3～t4记为阶段Ⅲ：在阶段Ⅲ中，燃料电池开始启动并逐渐到达稳态，蓄电池弥补燃料电池的慢响应；阶段Ⅲ的蓄电池释放的能量，如下式所示： 式中，Ebatfc为蓄电池释放的能量，k为故障清除后电解槽运行所切换的功率倍率，k∈0.1,1]，Δt为阶段Ⅲ经历的时间，本发明中为t3～t4；步骤6，生成t0～t4期间光伏离网制氢系统中氢储能和电化学储能在所述阶段Ⅰ、阶段Ⅱ-A、阶段Ⅱ-B和阶段Ⅲ的协调配合策略：阶段I处于故障发展阶段，由燃料电池出口向电路输出功率，直流网络的负载功率下降；阶段Ⅱ-A、阶段Ⅱ-Bt1时刻故障清除后，蓄电池开始向外电路输出功率恢复系统运行，包括直流负载、电解槽以及燃料电池出口电容；阶段III燃料电池开始向外电路输出功率，蓄电池输出功率开始减小，直至燃料电池输出功率达到稳态，所述策略的具体约束如下： 式中，Etank为氢气罐可存储的能量，ηel、ηfc分别为电解槽、燃料电池的工作效率，ηtank为储氢罐效率，tel、tfc分别为电解槽额定功率下储满一个储氢罐的时间和光伏恢复接入需要的时间，k为故障清除后电解槽切换的功率倍率，Ppvmax为光伏最大功率，Pfcmax为燃料电池最大功率，Pelrate为电解槽的额定功率，εpv、εfc为考虑DCD变换的电能损失后光伏和燃料电池系统向直流网络实际传输的功率系数；步骤7，获得整个故障过程中蓄电池释放的总能量即电化学储能容量，如下式所示：Ebat＝Ebatpre+Ebatfc6；步骤8，执行步骤6所生成的直流故障期间光伏直流离网制氢系统储能设备的协调配合策略；根据约束7代入系统参数，求得燃料电池的最大出力和k值，以及，代入公式5，求得电化学储能容量。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 天津大学 光伏离网制氢系统的电-氢储能协调配置方法

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