摘 要：提出一種光伏區(qū)制氫站內(nèi)制氫電源多接口變流器的組成及其控制方法，設(shè)備支持多接口連接，協(xié)調(diào)各接口資源配置，可以有效控制各接口協(xié)調(diào)運行，優(yōu)化電能使用路徑，降低下網(wǎng)電量，從而達到減少生產(chǎn)費用、保證供電電源穩(wěn)定性的目的。該設(shè)備與方法的可行性、實用性在項目中得到了驗證。

關(guān)鍵詞：多接口變流器；協(xié)調(diào)控制；充電自適應(yīng)；光伏；制氫；PCS

中圖分類號：TM46" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）01-0012-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.01.003

0" " 引言

制氫電源是一種可再生能源解決方案，通過使用可再生能源（如太陽能、風(fēng)能等）來產(chǎn)生氫氣，減少對化石燃料的依賴、減少溫室氣體的排放，從而減緩氣候變化的影響。穩(wěn)定的制氫電源是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。

以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為代表的波動性微電源具有間歇性和隨機性，其輸出功率波動會給電網(wǎng)和用戶帶來沖擊，造成多方面不良影響[1]。制氫電源的穩(wěn)定運行可以降低電力中斷的風(fēng)險，穩(wěn)定的制氫電源可以確保持續(xù)性地產(chǎn)生氫氣，從而提供可持續(xù)的能源供應(yīng)。本文對接口變流器拓撲及控制邏輯做了詳細闡述，該設(shè)備通過控制各接口的投入/退出與功率增減來優(yōu)化能量配置與保證供電穩(wěn)定性。

1" " 設(shè)備及接入

多接口變流器主要由智能MPPT匯流接口、儲能變流器PCS接口（以下簡稱PCS）、制氫變流器DCDC接口（以下簡稱DCDC）、網(wǎng)側(cè)變流器DCAC接口（以下簡稱DCAC）這四個接口組成，具體組成及連接設(shè)備如圖1所示。

在設(shè)備的工程應(yīng)用中，MPPT接入?yún)R流接口，電池組接入PCS，電解槽接入DCDC，變壓器并網(wǎng)側(cè)接入DCAC，正常運行時，匯流接口不參與各接口之間的協(xié)調(diào)控制。匯流端口為電源接口，為主要供電接口；PCS為儲能端口，主要起到平衡離網(wǎng)運行模式下的直流母線電壓與并網(wǎng)模式下的上下網(wǎng)電量的作用，以降低生產(chǎn)成本；DCDC接口為負載接口，用于給制氫車間供電；DCAC為并網(wǎng)接口，主要用于平衡直流母線電壓，對匯流端口與DCDC間電能起到平衡作用。

2" " 系統(tǒng)設(shè)計

2.1" " 交流接口

考慮到光伏發(fā)電波動引起的短時供電不足，為減少下網(wǎng)電量，提高經(jīng)濟性，項目設(shè)計的光伏發(fā)電接入總?cè)萘看笥谥茪湄撦d最大輸出容量；考慮到夜間生產(chǎn)與供電的穩(wěn)定性，設(shè)計了與光伏發(fā)電總?cè)萘肯嘟腄CAC，DCAC一次圖如圖2所示。

DCAC具備直流側(cè)、交流側(cè)充電軟啟自適應(yīng)功能，在匯流接口與PCS同時退出運行時，DCAC仍能通過交流側(cè)充電軟啟動投入運行。DCAC采用三相可控整流逆變技術(shù)，具有雙向流動特性，支持設(shè)備連接的儲能及光伏與電網(wǎng)間的電能雙向流動[2]。

2.2" " DCDC與PCS接口

DCDC與PCS均采用多支路并聯(lián)方式，如圖3所示，項目中采用3橋臂+LC拓撲結(jié)構(gòu)[3]；DCDC與PCS均采用載波移相控制方式降低紋波峰峰值[4]，如圖4所示。

3" " 控制邏輯

3.1" " 啟動邏輯

啟動邏輯如圖5所示，MPPT接入電壓到達閾值后DCAC直流側(cè)充電開始啟動，反之，交流側(cè)充電開始啟動，之后PCS投入運行、DCDC投入運行。

3.2" " 并網(wǎng)運行邏輯

DCAC接入電網(wǎng)，設(shè)備運行時，如果DCDC負荷大于匯流接口輸入功率，當PCS接口無法平衡直流母線電壓時，DCAC從電網(wǎng)吸電；如果DCDC負荷小于匯流接口輸入功率，當PCS接口無法平衡直流母線電壓時，DCAC向電網(wǎng)放電[5]；如果DCDC負荷等于匯流接口輸入功率，這種情況對直流母線電壓并不產(chǎn)生影響，這里不作討論。并網(wǎng)運行邏輯如圖6所示。

在并網(wǎng)運行模式下，優(yōu)先調(diào)用PCS，使用該端口平衡直流母線電壓與優(yōu)化電力資源配置，減少DCAC的下網(wǎng)電量，從而降低電費。

3.3" " 離網(wǎng)運行邏輯

當站內(nèi)停電檢修等需要斷開并網(wǎng)點時，DCAC退出運行，此時設(shè)備進入離網(wǎng)模式運行，PCS通過恒壓運行控制模式來達到母線電壓穩(wěn)定的目的；當PCS端口因輸出容量或其接口的電池電量原因無法穩(wěn)定直流母線電壓時：如果DCDC輸出負荷大于匯流接口輸入功率，直流線電壓降低至母線額定電壓以下的DCDC恒壓模式的控制電壓目標值時，DCDC主動降低其輸出功率；當DCDC輸出負荷小于匯流接口輸入功率時，直流母線電壓升高，MPPT自動降低功率或增加DCDC輸出。離網(wǎng)模式下的運行邏輯如圖7所示。

在離網(wǎng)模式下，除了多端口變流器本身的自動控制，在制氫站內(nèi)配置的項目靈活控制系統(tǒng)投入后，也可以根據(jù)光功率預(yù)測與生產(chǎn)計劃提前介入，使用項目的整體性生產(chǎn)協(xié)調(diào)儲能端口，防止出現(xiàn)SOC的極端情況，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定與持續(xù)性。

4" " 實驗驗證

設(shè)備投入運行后電壓、電流各項指標均滿足相關(guān)標準要求，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。圖8為運行時網(wǎng)側(cè)與直流側(cè)的電壓、電流波形，圖9為集控后臺畫面，集控中心通過光功率預(yù)測及生產(chǎn)需求相結(jié)合方式，優(yōu)化數(shù)據(jù)控制模型能量路徑，協(xié)調(diào)控制多臺制氫電源，在滿足生產(chǎn)任務(wù)前提下減少下網(wǎng)電量，從而提高制氫生產(chǎn)的性價比。

5" " 結(jié)束語

項目應(yīng)用中多接口變流器及其控制方法提高了連接效率和靈活性——多端口變流器可同時處理多個連接，這有助于減少設(shè)備的數(shù)量和復(fù)雜性，并提高系統(tǒng)整體的效率和靈活性；節(jié)省了成本——通過使用多端口變流器，可以減少設(shè)備和線纜的使用，從而節(jié)省資金和資源，并通過功率控制來優(yōu)化能量配置與供電的穩(wěn)定性，減少下網(wǎng)電量。

[參考文獻]

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[2] 張興，張崇巍.PWM整流器及其控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3] 李欣然，郭希錚，王德偉，等.基于LCL濾波的大功率三相電壓型PWM整流器[J].電工技術(shù)學(xué)報，2011，26（8）：79-84.

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[5] 韓曉娟，程成，籍天明，等.計及電池使用壽命的混合儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化模型[J].中國電機工程學(xué)報，2013，33（34）：91-97.

收稿日期：2024-08-20

作者簡介：郭偉（1989—），男，江蘇泗洪人，工程師，研究方向：電力電子應(yīng)用技術(shù)。