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风氢直连系统的鲁棒功率自平衡控制
Robust Power Self-Balancing Control for Wind-Hydrogen Direct-Connected System
| 作者 | Yanghong Xia · Hanghang He · Wei Wei |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风力制氢 直流母线电压 协调控制 功率自平衡 实验验证 |
语言:
中文摘要
通过氢气利用风能提供了一种有前景的可再生能源解决方案。然而,风力的间歇性给风力发电机和电解槽的协调带来了挑战。为解决这一问题,可以采用基于直流母线电压信号的风氢功率协调控制。但由于风能与氢能不匹配,直流母线电压频繁超出正常范围,这威胁到系统的安全稳定运行。针对这一挑战,本文首先建立了风氢直连系统直流母线电压的动态模型。然后,通过详细的数学推导分析了电压波动机制。在此基础上,提出了一种鲁棒功率自平衡控制方法,利用自适应反正切函数将直流母线电压维持在合适范围内,同时确保在波动工况下风力发电机和电解槽之间实现快速功率匹配。最后,通过相应的风氢直连实验平台验证了研究结果。
English Abstract
Harnessing wind power through hydrogen offers a promising renewable energy solution. Yet the intermittency of wind poses challenges in coordinating wind turbines and electrolyzers. To solve this problem, the wind-hydrogen power coordination control based on the dc bus voltage signal can be adopted. However, because of the mismatch between wind and hydrogen, the dc bus voltage exceeds the normal range frequently, which threatens the safe and stable operation of the system. Focusing on this challenge, this article first establishes a dynamic model of the dc bus voltage for the wind-hydrogen direct-connected system. Then, the fluctuation mechanism is analyzed through detailed mathematical derivations. On this basis, a robust power self-balancing control is proposed using an adaptive arc-tangent function to maintain the dc bus voltage within a proper range while ensuring rapid power matching between the wind turbine and electrolyzer under fluctuating conditions. Finally, the findings are validated through the corresponding wind-hydrogen direct-connected experiment platform.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇关于风氢直连系统鲁棒功率自平衡控制的研究具有重要的技术参考价值。该研究针对风电制氢系统中直流母线电压波动这一核心痛点,提出了基于自适应反正切函数的控制策略,这与我司在新能源系统集成控制方面的技术路径高度契合。
从技术迁移角度分析,该论文的直流母线电压协调控制思想可直接应用于我司的光伏制氢系统。阳光电源已在光伏逆变器和储能变流器领域积累了深厚的功率调控经验,论文提出的功率匹配算法可与我司现有的MPPT技术、直流侧稳压控制技术形成协同。特别是在"光伏+储能+制氢"多能互补场景中,该鲁棒控制策略能够有效应对光伏出力的间歇性,提升电解槽的运行稳定性和系统整体效率。
技术成熟度方面,论文已通过实验平台验证,但从工业化应用角度仍需关注几个关键问题:一是自适应参数在不同功率等级下的泛化能力,我司兆瓦级以上的大型制氢项目对控制响应速度和精度要求更高;二是与现有能量管理系统(EMS)的集成复杂度,需考虑多机并联、电网调度等实际工况;三是极端气候条件下的控制鲁棒性验证。
从市场机遇看,随着绿氢经济的快速发展,该技术可增强阳光电源在新能源制氢领域的竞争力,特别是在风光氢储一体化解决方案中,能够提供更优的系统稳定性和经济性。建议将相关算法纳入我司氢能业务的技术储备,并结合实际项目开展工程化验证,形成具有自主知识产权的控制策略。