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风电变流技术
★ 5.0
风力发电机直驱电解制氢的自适应功率协调控制
Adaptive Power Coordination Control for Electrolysis Hydrogen Directly Driven by Wind Turbines
| 作者 | Hanghang He · Yanghong Xia · Limin Li · Qifan Feng · Wei Wei |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风电制氢 功率协调控制 风力发电机 电解槽 直流母线电压 |
语言:
中文摘要
电解制氢已成为一种颇具前景的消纳风电的方式。然而,风力发电机与电解槽之间的协调面临着巨大挑战。为填补这一空白,本文提出了一种适用于风氢耦合系统的自适应功率协调控制方法。首先,为风力发电机设计了一种动态电压 - 转速下垂控制方法,使其能够根据直流母线电压在最大功率模式或功率限制模式下对输出功率进行无缝调节。其次,为电解槽采用了一种自适应电流控制方案,该方案利用直流母线电压信号并考虑了允许的电流限制值。通过将直流母线电压水平作为信息载体,可利用上述两种控制策略实现风氢自适应功率协调控制方法。最后,所有研究结果均通过由风力发电机模拟器系统驱动的商用质子交换膜电解槽得到了验证。
English Abstract
Electrolysis hydrogen has become a promising way to consume wind power. However, the coordination between wind turbines and electrolyzers meets great challenge. To fill in this gap, this article proposes an adaptive power coordination control method for the wind-hydrogen coupled system. First, a dynamic voltage-speed droop control method is devised for the wind turbine, enabling seamless regulation of the output power in either maximum power mode or power limit mode based on the dc bus voltage. Second, an adaptive current control scheme is employed for the electrolyzer, utilizing the dc bus voltage signal and considering the restricted allowable current value. By utilizing the dc bus voltage level as an information carrier, the wind-hydrogen adaptive power coordination control method can be implemented using the above two control strategies. Last, all the findings have been verified through a commercial proton exchange membrane electrolyzer driven by a wind turbine simulator system.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项风电制氢自适应功率协调控制技术具有重要的战略参考价值。该研究提出的动态电压-速度下垂控制方法和自适应电流控制方案,本质上解决了波动性可再生能源与电解槽负载之间的功率匹配难题,这与我司在光伏制氢领域面临的核心技术挑战高度一致。
该技术的创新之处在于将直流母线电压作为信息载体,实现风机与电解槽的无缝协调。这种去中心化的控制架构对我司具有直接借鉴意义:在光伏制氢系统中,同样需要应对光伏出力的快速波动,通过类似的电压信号传递机制,可以优化我司PCS(储能变流器)与电解槽之间的协同控制,减少对复杂通信系统的依赖,提升系统可靠性和响应速度。
从技术成熟度评估,该方法已通过商业质子交换膜电解槽验证,具备较强的工程应用基础。对阳光电源而言,这为"光储氢"一体化解决方案提供了新的技术路径。我司可将该控制策略集成到现有的光伏逆变器和储能系统平台中,开发具备自适应功率协调功能的制氢专用变流器产品,特别适用于偏远地区的离网制氢场景。
技术挑战主要体现在多能源耦合场景的复杂性。当光伏、储能、电解槽三者同时参与时,需要更高维度的协调策略。此外,不同类型电解槽(碱性、PEM、固态氧化物)的动态特性差异,要求控制算法具备更强的自适应能力。这为我司在氢能控制技术领域的研发创新指明了方向,也是抢占新能源制氢系统集成市场的重要突破口。