本發(fā)明涉及制氫電源，尤其涉及一種具有電能質(zhì)量治理功能的制氫電源裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

1、電解水制氫離不開制氫電源，制氫電源中通常是采用可控硅整流器電源，具有可靠性高、器件更少、線路簡單等優(yōu)點，但是可控硅整流器電源中需要使用移相整流技術(shù)，而傳統(tǒng)移相整流技術(shù)會存在效率低、功率因數(shù)低、電網(wǎng)諧波大、負載響應(yīng)慢等缺點，無法適應(yīng)系能源功率波動的快速調(diào)節(jié)。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，通常是采用以下兩種類型的整流器電源：

3、一、晶閘管整流器電源

4、晶閘管整流器主要采用三相全控橋式整流電源，其原理是基于晶閘管的正向可控導(dǎo)通特性，通過跟蹤輸入三相交流電壓幅值的變化發(fā)送觸發(fā)脈沖從而達到輸出直流的作用。由于晶閘管的阻斷作用，在整流變壓器繞組中流過的是斷續(xù)的正弦波，其由基波電流和高次諧波電流組成，因此反饋流入電網(wǎng)的也是含有諧波電流的非正弦波電流。晶閘管整流器的電能質(zhì)量問題會大大增加變壓器、母排的損耗，還會導(dǎo)致后并網(wǎng)的晶閘管電源并網(wǎng)失敗。因而為了降低電網(wǎng)諧波，通常需要通過多脈波變壓器和整流器給電解槽提供一個穩(wěn)定的負載電流。而為了改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，一方面需要采用額外的有載調(diào)壓變壓器應(yīng)對電網(wǎng)或者負載的變化，以便晶閘管整流器處在良好的觸發(fā)角狀態(tài)(α≤15°)，另一方面還需要在電網(wǎng)的高壓考核點，配置svg或fc裝置去改善系統(tǒng)的電能質(zhì)量，不僅實現(xiàn)成本較高、硬件開銷大，系統(tǒng)的整體體積、重量大，且控制較為復(fù)雜。

5、以典型的晶閘管整流器制氫電源為例，通常是由2個12脈波晶閘管整流器連接至1個24脈波整流變壓器、2種移相整流變壓器構(gòu)成，由4個整流器同步啟停、同功率控制組成48脈波，采用晶閘管導(dǎo)通角+有載調(diào)壓開關(guān)協(xié)調(diào)工作以控制輸出電壓/電流，由于35kv母線的電壓和電流諧波含量高，再通過設(shè)置額外的動態(tài)無功功率自動補償裝置補償35kv母線無功和13次以下諧波。但是上述方案中，由于必須采用24、48脈波等脈波整流變壓器，整流變壓器的制作工藝以及電解槽參數(shù)偏差，會導(dǎo)致5、7次等電流諧波無法完全抵消的問題，通過額外設(shè)置動態(tài)無功功率自動補償裝置解決諧波問題還會導(dǎo)致實現(xiàn)成本高、硬件開銷大，且需要由4個整流器需協(xié)同控制(同步啟停、同功率控制)，控制實現(xiàn)難度大、復(fù)雜程度高。

6、二、pwm整流制氫電源

7、pwm整流制氫電源采用ac/dc的電路拓撲，能實現(xiàn)電壓在dc?1200～1500v之間平滑輸出，其中ac/dc環(huán)節(jié)采用三電平pwm整流電路。變流器的直流輸出端配置直流電動隔離開關(guān)，該隔離開關(guān)還具備帶載分斷能力，變流器故障時通過dcu可以控制其帶載分斷。但是pwm整流制氫電源會存在系統(tǒng)復(fù)雜、體積重量大、裝置成本高，電解槽極化前和電解槽低負載時電能質(zhì)量差，可靠性低，且直流電壓調(diào)節(jié)范圍窄等問題。若要獲得更大的調(diào)壓范圍，還通常采用ac/dc+dc/dc兩級拓撲，而這會進一步增加系統(tǒng)成本，并且還會影響系統(tǒng)效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低、體積重量小、控制復(fù)雜度低以及可靠性高的具有電能質(zhì)量治理功能的制氫電源裝置，以及實現(xiàn)方法簡單、控制效率高的控制方法，能夠使得制氫電源裝置具備電能質(zhì)量治理功能，提高制氫電源的電能質(zhì)量以及系統(tǒng)效率。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種具有電能質(zhì)量治理功能的制氫電源裝置，包括橋式整流模塊、pwm整流模塊、整流變壓模塊以及控制模塊，所述橋式整流模塊的輸入端通過所述整流變壓模塊連接交流電源，輸出端連接電解槽以向電解槽供電，所述橋式整流模塊的輸出端還通過控制模塊與所述pwm整流模塊連接，由所述控制模塊根據(jù)所述橋式整流模塊的諧波電壓/電流狀態(tài)控制所述pwm整流模塊的輸出電流以進行電能質(zhì)量治理。

4、進一步的，所述pwm整流模塊包括并聯(lián)連接的全橋整流電路以及支撐電容，所述全橋整流電路包括三條斬波橋臂，每條所述斬波橋臂通過一交流濾波電感連接所述橋式整流模塊以及連接交流電源。

5、進一步的，每條所述斬波橋臂構(gòu)成兩電平斬波電路或三電平斬波電路或多電平斬波電路。

6、進一步的，所述橋式整流模塊為晶閘管整流電路或二極管整流電路。

7、進一步的，所述控制模塊包括依次連接的諧波檢測子模塊、補償控制子模塊以及驅(qū)動子模塊，所述諧波檢測子模塊用于檢測所述橋式整流模塊的諧波電壓和/或諧波電流，輸出給所述補償控制子模塊，由所述補償控制子模塊根據(jù)檢測的諧波電壓和/或諧波電流提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過所述驅(qū)動子模塊驅(qū)動控制所述pwm整流模塊的輸出電流的相位。

8、進一步的，所述補償控制子模塊包括相互連接的指令提取單元以及控制單元，所述指令提取單元用于分別接收所述橋式整流模塊的電流諧波的有功分量、無功分量，提取出諧波有功電流、無功電流輸出給所述控制單元，所述控制單元分別接收提取出的所述諧波有功電流、所述pwm整流模塊反饋的輸出電流的有功分量，以及提取出的所述諧波無功電流、所述pwm整流模塊反饋的輸出電流的無功分量進行比較，比較結(jié)果經(jīng)過pi控制得到最終輸出電流有功分量、無功分量的控制指令分別提供給所述pwm整流模塊。

9、進一步的所述指令提取單元包括有功電流提取子單元、無功電流提取子單元，所述有功電流提取子單元包括第一諧波提取電路、第一加法器、第一pi控制器以及第二加法器，所述第一諧波提取電路的輸入端輸入所述橋式整流模塊的電流諧波的有功分量，以用于經(jīng)過傅里葉變換去掉基波分量得到有功電流的諧波分量，輸出端連接所述第一加法器的一個輸入端，所述第二加法器分別接入pwm變流器的中間直流電壓的參考電壓udcref以及pwm變流器實測的中間直流電壓udc，輸出端通過所述第一pi控制器連接至所述第一加法器的另一個輸入端，所述第一加法器的輸出端輸出提取出的諧波有功電流，所述無功電流提取子單元包括第二諧波提取電路，所述第二諧波提取電路輸入所述橋式整流模塊的電流諧波的無功分量，以用于經(jīng)過傅里葉變換去掉基波分量得到無功電流的諧波分量，輸出提取出的諧波無功電流。

10、進一步的，所述控制單元包括兩條控制支路以分別用于控制產(chǎn)生輸出電流有功分量、無功分量的控制指令，每條所述控制支路包括輸入側(cè)加法器、第二pi控制器以及輸出側(cè)加法器，所述輸入側(cè)加法器分別接入所述橋式整流模塊的電流諧波的有功/無功分量，輸出有功/無功電流計算值和實際電流之間差值，所述輸入側(cè)加法器輸出端通過所述第二pi控制器連接至所述輸出側(cè)加法器的一個輸入端，所述輸出側(cè)加法器的另兩個輸入端分別輸入電流分量調(diào)制波、pwm整流模塊輸出電流的電流分量經(jīng)過pwm變流器濾波器后的輸出結(jié)果，所述輸出側(cè)加法器的輸出端輸出電流諧波的有功/無功分量三角載波。

11、進一步的，所述橋式整流模塊為n脈波整流電路，所述pwm整流模塊包括n/6組，n為6的倍數(shù)，所述橋式整流模塊中每個6脈波整流電路的交流側(cè)對應(yīng)與一組所述pwm整流模塊的交流側(cè)連接。

12、進一步的，所述pwm整流模塊設(shè)置在所述整流變壓器的高壓側(cè)。

13、進一步的，所述pwm整流模塊的交流側(cè)還設(shè)置有控制開關(guān)和/或濾波電路。

14、進一步的，所述橋式整流模塊的輸出側(cè)還設(shè)置有隔離開關(guān)。

15、進一步的，n>6時，所述整流變壓模塊為分裂式變壓器，所述分裂式變壓器包括n/6個低壓繞組，每個所述低壓繞組對應(yīng)與所述橋式整流模塊中一個6脈波的整流電路連接。

16、一種用于上述具有電能質(zhì)量治理功能的制氫電源裝置的控制方法，步驟包括：

17、檢測所述橋式整流模塊的諧波電壓和/或諧波電流；

18、根據(jù)檢測的諧波電壓和/或諧波電流提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令；

19、根據(jù)所述諧波電流指令驅(qū)動控制所述pwm整流模塊的輸出電流的相位以進行諧波補償，實現(xiàn)電能質(zhì)量治理。

20、進一步的，所述根據(jù)檢測的諧波電壓和/或諧波電流提取各次諧波電流的含量包括：

21、輸入所述橋式整流模塊的電流諧波的有功分量進行諧波提取，將參考電壓udcref與udc比較結(jié)果經(jīng)過pi控制后結(jié)果與諧波提取結(jié)果相加，得到提取出的諧波有功電流；

22、輸入所述橋式整流模塊的電流諧波的無功分量進行諧波提取后，輸出提取出的諧波無功電流。

23、進一步的，所述產(chǎn)生諧波電流指令包括：分別接入所述橋式整流模塊的電流諧波的有功/無功分量，經(jīng)過pi控制后結(jié)果與有功/無功分量調(diào)制波vsd、pwm整流模塊輸出電流的電流分量經(jīng)過pwm變流器濾波器后的輸出結(jié)果相減，輸出電流諧波的有功/無功分量。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

25、1、本發(fā)明通過將橋式整流模塊與pwm整流模塊進行充分融合，由橋式整流模塊作為主電源，pwm整流模塊作為網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量治理裝置，通過根據(jù)橋式整流模塊的諧波狀態(tài)控制pwm整流模塊的輸出，進行諧波補償實現(xiàn)電能質(zhì)量治理，使得制氫電源裝置能夠具備電能質(zhì)量治理功能，從而能夠確保向電解槽提供電能的質(zhì)量，同時無需額外設(shè)置電能質(zhì)量治理裝置，能夠有效減少裝置的體積、重量以及實現(xiàn)成本，裝置的控制復(fù)雜度也能夠大大降低。

26、2、本發(fā)明進一步通過將晶閘管整流電路與pwm整流器結(jié)合構(gòu)成制氫電源裝置，可以提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，通過控制觸發(fā)角度可以實現(xiàn)直流電壓從0v到額定電壓的快速調(diào)節(jié)，在綠電網(wǎng)壓波動，還可以通過調(diào)節(jié)控制交流側(cè)的電壓保證網(wǎng)側(cè)電壓的溫度，同時通過控制pwm整流模塊的輸出能夠?qū)崿F(xiàn)電能質(zhì)量治理，在改善電能質(zhì)量的同時還能夠有效降低變壓器和母排損耗，提高系統(tǒng)效率，同時系統(tǒng)無需設(shè)置有載調(diào)壓器，即可以快速響應(yīng)響應(yīng)綠電波動性負荷需求，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高效的電能質(zhì)量治理效果。