离网型风电制氢系统功率变换及控制技术研究

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风电作为可再生能源的重要利用形式,具有分布广泛、清洁无污染等优点,已在全球范围内实现大规模开发应用。氢能由于其热值高、燃烧产物无污染、易于存储运输等优点,正在成为重要的清洁二次能源。利用风能产生的电能电解水制氢,不仅可以提高对风能的消纳利用,还可以实现氢能的真正绿色化生产,具有良好的发展潜力。离网型风电制氢系统作为其中一种运行模式,需要将波动的风能转化为电解水所需要的供电条件,并且在离网条件下维持系统的稳定运行。  本文首先深入地研究和学习了国内外风电制氢的相关研究成果,随后对系统涉及的关键技术进行了分析,并提出了一种离网型风电制氢系统的拓扑结构,系统包括风电机组、电解槽、蓄电池和功率变换器等,其中风电机组机通过不控整流电路与Boost电路将风电机组输出的交流电变换成直流电,再通过带隔离的DC/DC全桥电路以及双向DC/DC电路分别与电解槽和蓄电池相连。然后应用MATLAB/Simulink软件对各个子系统分别进行建模仿真,得到各个部分的运行特性。随后对系统整体进行联合仿真,设计和研究了整个系统的能量管理策略,通过对连接蓄电池和电解槽的功率变换器的控制,以及对系统内各个子系统的协调控制,实现了在风电机组输出功率波动的情况下,电解槽的平稳运行,同时也实现了风电技术输出功率的最大跟踪,有效地提高了系统效率。  通过仿真和实验验证表明提出的功率变换器的拓扑结构与控制策略能够满足在宽范围风功率波动情况下电解槽的平稳运行,并能有效减少蓄电池的充放电次数,为下一步离网型风电制氢系统的商业运行提供了理论依据和技术支持。
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