CN112736968A - 一种新能源制氢***及其控制方法 - Google Patents

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CN112736968A CN202011551069.5A CN202011551069A CN112736968A CN 112736968 A CN112736968 A CN 112736968A CN 202011551069 A CN202011551069 A CN 202011551069A CN 112736968 A CN112736968 A CN 112736968A
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杨宗军
张鹏
白洁
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Abstract

本发明提供一种新能源制氢***及其控制方法，该控制方法包括：获取新能源制氢***中新能源模块的输出参数，并确定新能源制氢***中制氢模块的最小运行参数；依据最小运行参数和输出参数，仅利用新能源模块为制氢模块供电，或者，同时利用新能源模块和电网为制氢模块供电，以确保制氢模块接收到的功率至少满足最小运行参数的需求，且新能源模块不向电网馈入功率；从而，实现以新能源模块所产生的电能为主，将其全部电能均提供至制氢模块，且以电网作为辅助；避免了现有技术中需为新能源制氢***配置储能设备来改善功率出力的问题，减少了新能源制氢***中储能设备的配置成本。

Description

一种新能源制氢***及其控制方法
技术领域
本发明属于新能源制氢技术领域，更具体的说，尤其涉及一种新能源制氢***及其控制方法。
背景技术
能源向着绿色、清洁的方向发展。其中，氢气利用产物是水，可以真正做到零排放、无污染，被看作是最具应用前景的清洁能源之一。近几年，随着光伏、风电等成本的持续降低，使得新能源水电解制氢逐步走向商业化，不仅电源是绿色能源，而且可以持续降低电解的高昂电费成本，是未来最有潜力的制氢方式。
如图1所示的光伏离网制氢***，其光伏组件产生的直流电，通过DC/DC变换器(如图1所示的DC/DC)，输出至H2O电解槽，将水中的氢置换出来，产生氢气并收集。风电离网制氢与之类似，只是前级的变换器是AC/DC装置。但是由于光伏、风电等能源属于间歇性能源，其输出功率随着外部环境是变化的，而H2O电解槽允许的最低功率输入范围是20％-50％，如果输入功率较弱，会导致H2O电解槽速率降低甚至停机，且反复启停存在稳定和寿命的问题，相应的停机后新能源的利用率也较低。因此，实际应用要同步考虑配置储能单元，改善功率出力，造成初始成本的增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新能源制氢***及其控制方法，用于实现以新能源模块所产生的功率为主，将其全部功率均提供至制氢模块，且以电网作为辅助，避免增加储能单元的配置成本。
本发明第一方面公开了一种新能源制氢***的控制方法，包括：
获取所述新能源制氢***中新能源模块的输出参数，并确定所述新能源制氢***中制氢模块的最小运行参数；
依据所述最小运行参数和所述输出参数，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电，或者，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电，以确保所述制氢模块接收到的功率至少满足所述最小运行参数的需求，且所述新能源模块不向所述电网馈入功率。
可选的，依据所述最小运行参数和所述输出参数，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电，或者，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电，以确保所述制氢模块接收到的功率至少满足所述最小运行参数，且所述新能源模块不向所述电网馈入功率，包括：
依据所述输出参数，判断所述新能源模块输出的功率是否满足预设运行参数的需求；所述预设运行参数大于等于所述最小运行参数；
若所述新能源模块输出的功率满足所述预设运行参数的需求，则控制所述制氢模块仅从所述新能源模块取电；
若所述新能源模块输出的功率不满足所述预设运行参数的需求，则控制所述制氢模块同时从所述新能源模块和电网取电。
可选的，依据所述输出参数，判断所述新能源模块输出的功率是否满足预设运行参数的需求，包括：
判断所述输出参数是否大于等于所述预设运行参数；
若所述输出参数大于等于所述预设运行参数，则判定所述新能源模块输出的功率满足所述预设运行参数的需求；
若所述输出参数小于所述预设运行参数，则判定所述新能源模块输出的功率不满足所述预设运行参数的需求。
可选的，控制所述制氢模块仅从所述新能源模块取电，包括：
控制所述制氢模块的相应参数接收量为所述输出参数下所述制氢模块仅从所述新能源模块取电时的对应值。
可选的，控制所述制氢模块同时从所述新能源模块和电网取电，包括：
控制所述制氢模块的相应参数接收量为所述预设运行参数，并以电网的功率对所述新能源模块输出的功率进行补充。
可选的，所述预设运行参数为所述最小运行参数。
可选的，在所述新能源模块的输出参数处于下降趋势和上升趋势时，对应的两个所述预设运行参数之间还存在滞环裕量。
可选的，各个参数均为功率或电流。
可选的，所述输出参数为最大功率点处的相应参数。
本发明第二方面公开了一种新能源制氢***，包括：新能源模块、制氢模块、功率变换模块和能量控制器；
所述功率变换模块的第一输入端与所述新能源模块连接；
所述功率变换模块的第二输入端连接电网；
所述功率变换模块的输出端与所述制氢模块相连；
所述能量控制器与功率变换模块通信连接；
所述能量控制器用于控制所述功率变换模块动作，以实现如本发明第一方面任一项所述的新能源制氢***的控制方法。
可选的，所述功率变换模块包括：第一变换单元和第二变换单元；
所述第一变换单元的第一侧作为所述功率变换模块的第一输入端；
所述第二变换单元的交流侧作为所述功率变换模块的第二输入端；
所述第一变换单元的第二侧和所述第二变换单元的直流侧共同作为所述功率变换模块的输出端，以使所述电网通过所述第二变换单元与新能源制氢***的直流母线相连。
可选的，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电时，所述第一变换单元的运行参数为所述新能源模块的输出参数下仅从所述新能源模块取电时的对应值，以及，所述第二变换单元停止运行。
可选的，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电时：
所述第一变换单元的运行参数为所述新能源模块的输出参数下从所述新能源模块取电的对应值，以及，所述第二变换单元的运行参数为所述制氢***的预设运行参数与所述输出参数下从所述新能源模块取电的对应值之差的补偿参数。
可选的，所述功率变换模块包括：第一变换单元和第二变换单元；
所述第一变换单元的第一侧作为所述功率变换模块的第一输入端；
所述第二变换单元的交流侧作为所述功率变换模块的第二输入端；
所述第一变换单元的第二侧与所述第二变换单元的交流侧相连，所述第二变换单元的直流侧独立作为所述功率变换模块的输出端，以使所述电网直接与新能源制氢***的交流母线相连。
可选的，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电时，所述第一变换单元和所述第二变换单元的运行参数均为所述新能源模块的输出参数下仅从所述新能源模块取电时的对应值。
可选的，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电时：
所述第一变换单元的运行参数为所述新能源模块的输出参数下从所述新能源模块取电的对应值，以及，所述第二变换单元的运行参数为所述预设运行参数。
可选的，所述第一变换单元执行最大功率点跟踪控制。
可选的，所述第二变换单元包括：AC/DC变换器；
所述AC/DC变换器的交直流侧分别作为所述第二变换单元的交直流侧。
可选的，所述新能源模块包括：风力发电单元和光伏发电单元中的至少一个。
可选的，在所述新能源模块包括光伏发电单元时：
若所述电网直接与所述新能源制氢***的交流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述光伏发电单元相连的DC/AC变换器；
若所述电网与通过所述第二变换单元与所述新能源制氢***的直流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述光伏发电单元相连的DC/DC变换器。
可选的，在所述新能源模块包括风力发电单元时：
若所述电网直接与所述新能源制氢***的交流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述风力发电单元相连的AC/AC变换器；
若所述电网与通过所述第二变换单元与所述新能源制氢***的直流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述风力发电单元相连的AC/DC变换器。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种新能源制氢***的控制方法，获取新能源制氢***中新能源模块的输出参数，并确定新能源制氢***中制氢模块的最小运行参数；依据最小运行参数和输出参数，仅利用新能源模块为制氢模块供电，或者，同时利用新能源模块和电网为制氢模块供电，以确保制氢模块接收到的功率至少满足最小运行参数的需求，且新能源模块不向电网馈入功率；从而，实现以新能源模块所产生的电能为主，将其全部电能均提供至制氢模块，且以电网作为辅助；避免了现有技术中需为新能源制氢***配置储能设备来改善功率出力的问题，减少了新能源制氢***中储能设备的配置成本；另外，新能源模块所产生的电能全部用来制氢，而不向电网送电，还可以充分消纳其电能，可适用于消纳受限的场景，并避免了上网合规性手续费用，同时充分发挥新能源制氢成本低的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的光伏离网制氢***的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种新能源制氢***的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的另一种新能源制氢***的控制方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种新能源制氢***的控制方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的新能源制氢***的控制方法中滞环控制的示意图；
图6是本发明实施例提供的一种新能源制氢***的示意图；
图7是本发明实施例提供的一种新能源制氢***的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种新能源制氢***的示意图；
图9是本发明实施例提供的一种新能源制氢***的示意图；
图10a和图10b是本发明实施例提供的一种新能源制氢***中光伏发电***、电网以及制氢模块之间功率的匹配关系曲线变化图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供一种新能源制氢***的控制方法，用于解决现有技术中需要同步考虑配置储能单元，改善功率出力，造成初始成本增加的问题。
参见图2，该新能源制氢***的控制方法，包括：
S101、获取新能源制氢***中新能源模块的输出参数，并确定新能源制氢***中制氢模块的最小运行参数。
需要说明的是，新能源模块的输出参数能够代表新能源模块的出力情况，也即，其可以满足多大的用电需求。
制氢模块的最小运行参数为制氢模块运行时的用电最小需求；也即，在制氢模块所接收的功率能够满足该最小运行参数的需求时，该制氢模块能够正常运行，在制氢模块所接收的功率不能够满足该最小运行参数的需求时，该制氢模块不能够正常运行，可能会出现制氢模块的运行速率降低甚至停机；例如，一般情况下，制氢模块允许的最低输入功率范围是20％-50％，以30％为例，如果制氢模块的输入功率低于30％，则制氢模块产生的氢气浓度不合格、导致制氢模块停机。
制氢模块的最小运行参数可以是从制氢模块获取到的，也可以是预先存储在相应设备中的，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
S102、依据最小运行参数和输出参数，仅利用新能源模块为制氢模块供电，或者，同时利用新能源模块和电网为制氢模块供电，以确保制氢模块接收到的功率至少满足最小运行参数的需求，且新能源模块不向电网馈入功率。
具体的，依据最小运行参数与输出参数的关系，来确定仅利用新能源模块为制氢模块供电，还是同时利用新能源模块和电网为制氢模块供电。例如，在最小运行参数与输出参数之间处于第一关系时，仅利用新能源模块为制氢模块供电；在最小运行参数与输出参数之间处于第二关系时，同时利用新能源模块和电网为制氢模块供电；第一关系和第二关系的具体内容，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，无论是利用新能源模块为制氢模块供电，还是同时利用新能源模块和电网为制氢模块供电，均需确定制氢模块接收到的功率至少满足最小运行参数的需求，以使制氢模块能够正常运行；并且，新能源模块所有功率均提供至制氢模块，其不向电网馈入功率，以使新能源模块的100％功率用于制氢，0％的功率用于馈入电网。
从而，本实施例实现以新能源模块所产生的电能为主，将其全部电能均提供至制氢模块，且以电网作为辅助；避免了现有技术中需为新能源制氢***配置储能设备来改善功率出力的问题，减少了的储能设备的配置成本。
需要说明的是，现有技术中也存在并网制氢方案，其将新能源模块和电网同时接入到制氢***中；但是，电网承担了双向能量流动的功能，新能源模块需要部分功率用于馈入电网，从而使得该并网制氢***不适用于消纳受限的场景，如很多地方电网已经没有接入消纳空间，是不允许上网发电的，且上网电价低于制氢电价，不具经济性，也增加了网侧变换器的投资和上网合规性手续费用。
而本实施例中，不但将新能源模块和电网都纳入到制氢环节中，而且优先保证新能源模块100％电能制氢，利用电网以保证***的正常启停和平稳运行，并且确保新能源模块0％电能用于馈入电网；其不但适应消纳不足的应用场景，且能够充分发挥新能源制氢成本低的优势、经济性最好，相应的，新能源制氢***的生产运营成本最低。
在上述实施例中，参见图3，上述步骤S102具体过程，包括：
S201、依据输出参数，判断新能源模块输出的功率是否满足预设运行参数的需求。
其中，该预设运行参数大于等于最小运行参数，在预设运行参数等于最小运行参数时，预设运行参数的需求为最小运行参数的需求。也就是说，只要确定在新能源模块输出的功率满足预设运行参数的需求时，仅新能源模块输出的功率能够使制氢模块正常运行即可；该预设运行参数的需求，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，该新能源模块以最大功率发电，也即其输出功率为其当前时刻的最大功率，其输出电流为最大功率点处对应的电流；其具体取值此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，该新能源模块的输出参数在一定层面上能够代表新能源模块输出的功率的大小；因此，能够依据该输出参数来判断新能源模块输出的功率是否满足预设运行参数的需求。
若新能源模块输出的功率满足预设运行参数的需求，则说明新能源模块输出的功率能够使制氢模块正常运行、执行步骤S202；而若新能源模块输出的功率不满足预设运行参数的需求，则说明新能源模块输出的功率可能无法使制氢模块正常运行、可与其他器件输出的功率共同提供至制氢模块、执行步骤S203。
S202、控制制氢模块仅从新能源模块取电。
新能源模块输出的功率能够使制氢模块正常运行，因此，控制制氢模块仅从新能源模块取电，即可使制氢模块正常运行。
本步骤S202的具体过程为：控制制氢模块的相应参数接收量为输出参数下制氢模块仅从新能源模块取电时的对应值。
需要说明的是，参数可以均是功率，也可以均是电流。
在参数均为功率时，控制制氢模块的功率接收量为新能源模块输出功率；在参数均为电流时，控制制氢模块的电流接收量为新能源模块的输出电流经过变换后的电流值。由于能量守恒，功率又与电压和电流成正比的，所以在传输过程相应节点的功率是相等的；而由于线路中相应节点的电压不完全相等，所以相应节点的电流值存在差别。
因此，该控制制氢模块的相应参数接收量的具体取值，与实际应用的场景相关，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
S203、控制制氢模块同时从新能源模块和电网取电。
新能源模块输出的功率不能够使制氢模块正常运行，因此，需要电网的加入，即控制制氢模块同时从新能源模块和电网取电，以使制氢模块正常运行。
本步骤S203的具体过程为：控制制氢模块的相应参数接收量为预设运行参数，并以电网的功率对新能源模块输出的功率进行补充。
需要说明的是，参数可以均是功率，也可以均是电流。
在参数均为功率时，控制制氢模块的功率接收量为预设制氢功率，即新能源模块输出功率与电网的补偿功率之和。在参数均为电流时，控制制氢模块的电流接收量为预设制氢电流值，即新能源模块的输出电流变换后的电流值与电网的补偿电流值之和。由于能量守恒，功率又与电压和电流成正比的，所以在传输过程相应节点的功率是相等的；而由于线路中相应节点的电压不完全相等，所以相应节点的电流值存在差别；该预设功率大于等于最小运行功率，预设制氢电流值大于等于最小制氢电流值。
需要说明的是，在预设运行参数等于最小运行参数时，则以最小运行参数的需求为界限，来确定控制制氢模块仅从新能源模块取电还是同时从新能源模块和电网取电；也就是说，只要新能源模块输出的功率满足最小运行参数的需求，则控制制氢模块仅从新能源模块取电，否则控制制氢模块同时从新能源模块和电网取电；此种方式中，确保了所得氢气的浓度符合要求，且电网尽可能少的参与制氢环节。
在预设运行参数大于最小运行参数时，则以大于最小运行参数的预设运行参数的需求为界限，来确定控制制氢模块仅从新能源模块取电还是同时从新能源模块和电网取电；也就是说，即便新能源模块输出的功率满足最小运行参数的需求，但不能够满足预设运行参数的需求，仍控制制氢模块同时从新能源模块和电网取电，只有在新能源模块的输出功率满足该预设运行参数的需求时，才控制制氢模块仅从新能源模块取电；此种方式中，需要电网较多的参与制氢环节，但其制氢模块可以保持制氢的效率和浓度均较高。
在实际应用中，参见图4，本步骤S201的具体过程为：
S301、判断输出参数是否大于等于预设运行参数。
需要说明的是，若输出参数大于等于预设运行参数，则判定新能源模块输出的功率满足预设运行参数的需求、执行步骤S202。若输出参数小于预设运行参数，则判定新能源模块输出的功率不满足预设运行参数的需求、执行步骤S203。
在实际应用中，上述控制策略包括了仅从新能源模块取电以及制氢模块同时从新能源模块和电网取电这两个模块的切换过程，为了保持***的稳定性，可以适当增加滞环控制。也即，在新能源模块的输出参数处于下降趋势和上升趋势时，对应的两个预设运行参数之间还存在滞环裕量。
以预设运行参数为最小运行参数为例，在新能源模块的输出参数处于下降趋势时，最小运行参数为满足最小运行参数的需求时对应的运行参数下限值；在新能源模块的输出参数处于上升趋势时，最小运行参数为运行参数下限值与滞环裕量之和。
具体的，在新能源模块的输出参数处于下降趋势时，判断输出参数是否大于等于至少满足最小运行参数时对应的运行参数下限值；在新能源模块的输出参数处于上升趋势时，判断输出参数是否大于等于至少满足最小运行参数为运行参数下限值与滞环裕量之和。
以参数均为功率和预设运行功率为最小运行功率进行说明：
如图5所示，当输出功率P_c下降至小于制氢模块的最小运行功率P_min时，控制制氢模块所接收的功率为最小运行功率P_min，输入补偿功率(P_min-P_c)自动从电网补充。当输出功率P_c上升至大于等于制氢模块的最小运行功率(P_min+△P)时，△P是预设的一个滞环裕量，控制制氢模块的所接收的功率P为输出功率P_c，不再从电网取电。通过滞环的增加，避免了输出功率不稳定时两个状态来回切换，影响稳定性。
本发明实施例还提供一种新能源制氢***，包括：新能源模块10、制氢模块30、功率变换模块20和能量控制器40。
功率变换模块20的第一输入端与新能源模块10连接；功率变换模块20的第二输入端连接电网；功率变换模块20的输出端与制氢模块30相连；也即，新能源模块10通过功率变换模块20的第一输入端接入制氢模块30，电网通过功率变换模块20的第二输入端接入制氢模块30。
能量控制器40与功率变换模块20通信连接。
能量控制器40用于控制功率变换模块20动作，以实现上述任一实施例提供的新能源制氢***的控制方法；该新能源制氢***的控制方法的具体过程和工作原理，详情参见上述实施例，此处在一一赘述，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，该最小运行参数，如最小运行功率值或最小运行电流值，可以是能量控制器40内预先设置的，也可以是能量控制器40在工作之前通过与制氢模块30通信获取得到的，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。另外，为了使新能源模块10中100％电能用于制氢，应是在新能源模块10有电时就同步启动制氢模块30，在新能源模块10无电时，根据生产需要适时停止制氢模块30。为实现上述功能，可以采取通信的形式来实现新能源模块10和制氢模块30之间的握手，从而控制启停。
为了便于说明，下述各处说明中预设运行参数的需求为最小运行参数的需求，也即预设运行参数等于最小运行参数为例进行说明，下面不再重复说明，最小运行参数等相关名词可以等换为预设运行参数的相关名词。
在参数为功率时，当功率变换模块20中的第一变换单元获电启动后，同步发送一个通信信号给能量控制器40，该通信信号可以包括功率变换模块20当前的功率，默认启机时是0，后面运行起来后该功率就有某个数值了。能量控制器40获取到通信信号后，下达启动指令至制氢模块30、以使制氢模块30启动，并配置功率变换模块20中第二变换单元的输出功率为最小运行功率P_min，使得整个新能源制氢***启动，后面再平稳运行。当需要关机时，也是相同的逻辑，如果新能源模块10没有电，功率变换模块20中第一变换单元发送通信信号至能量控制器40，能量控制器40进一步控制功率变换模块20中第二变换单元停止输出，即关闭制氢模块30。
上述是以功率为控制对象来描述的，由于制氢模块30具有阻性负载的特性，除了控制功率外，还可以通过电流对其控制。因此，上述的功率P设定，可以变为电流I进行控制，整个逻辑不变。
具体的，已知制氢模块30的最小制氢电流为I_min，不妨设置为30％In，其中In是制氢模块30的额定电流。以新能源模块10为光伏发电单元为例，当光伏发电单元有光照后，功率变换模块20中的第一变换单元根据光伏功率进行最大功率跟踪并输出，能量控制器40从第一变换单元上获取光伏发电单元的输出电流I_c，当输出电流I_c小于制氢模块30的最小制氢电流I_min时，向功率变换模块20中的第二变换单元输出指令，以控制其固定输出电流为I_min，此时补偿电流(I_min-I_c)从电网侧自动补充。当输出电流I_c大于等于制氢模块30的最小制氢电流I_min时，控制功率变换模块20中的第二变换单元的电流等于I_c，即制氢模块30的运行电流设置为与光伏发电单元的输出电流一致，100％消纳光伏的能量，不吸收电网的能量。
需要说明的是，此处各个器件的电压不变进行说明的，也即，上个过程符合能量守恒定律。
在本实施例中，新能源制氢***，可以实现新能源模块10中100％电能消纳，充分利用了低电价的新能源模块10的电能，经济性最优；无需受限于电网接入问题，拓展了应用场景，节省了初始投资；利用电网和新能源模块10的电能的互补，避免了传统离网制氢方案的波动性，实现制氢模块30的输入功率稳定，提高了生产效率和设备使用寿命。
参见图6-图9，功率变换模块20均包括：第一变换单元(如图6-9所示的21、23、24或25)和第二变换单元(如图6-9所示的22)。但是由于电网接入点不同，第一变换单元和第二变换单元的连接关系不同，下面分别对两种接入点及其对应的连接关系进行说明。
(1)如图7和图9所示，电网直接通过第二变换单元与新能源制氢***的直流母线相连。
第一变换单元的第一侧作为功率变换模块20的第一输入端、与新能源模块10相连；第二变换单元的交流侧作为功率变换模块20的第二输入端、与电网相连。第一变换单元的第二侧和第二变换单元的直流侧共同作为功率变换模块20的输出端、与制氢模块30相连；也即，该功率变换模块20的输出端与制氢模块30之间的连接线缆作为新能源制氢***的直流母线，以使电网通过第二变换单元与新能源制氢***的直流母线相连。
仅利用新能源模块10为制氢模块30供电时，第一变换单元的运行参数为新能源模块10的输出参数下仅从新能源模块10取电时的对应值，以及，第二变换单元停止运行。具体的，以参数均为功率为例，第一变换单元的运行功率为新能源模块10的输出功率，以及，第二变换单元停止运行。
同时利用新能源模块10和电网为制氢模块30供电时：
第一变换单元的运行参数为新能源模块10的输出参数下从新能源模块10取电的对应值，以及，第二变换单元的运行参数为制氢模块30的最小运行参数与输出参数下从新能源模块10取电的对应值之差的补偿参数，以使以最小运行参数与输出参数下从新能源模块10取电的对应值的差为电网的补偿参数提供至第二变换单元。具体的，以参数均为功率为例，第一变换单元的运行功率新能源模块10的输出功率，以及，第二变换单元的运行功率为制氢模块30的最小运行功率与输出功率之差的补偿功率，以使以最小运行功率与输出功率的差为电网的补偿功率提供至第二变换单元。
在实际应用中，第二变换单元包括：AC/DC变换器22。
AC/DC变换器22的交直流侧分别作为第二变换单元的交直流侧。
在实际应用中，新能源模块10包括：风力发电单元12和光伏发电单元11中的至少一个。
如图7所示，在新能源模块10包括光伏发电单元11时，第一变换单元包括与光伏发电单元11相连的DC/DC变换器23；其适用于光伏新能源发电区域和制氢区域距离较近，就近建立直流母线来进行能量传输。
光伏发电单元11包括至少一个光伏组件，在光照下光伏组件可产生直流电压或电流；DC/DC变换器23的第一直流侧与光伏组件相连，DC/DC变换器23的第二直流侧与新能源制氢***中的直流母线相连，该DC/DC变换器23可实现光伏组件的最大功率点跟踪。该制氢模块30与该直流母线相连。AC/DC变换器22的直流侧与新能源制氢***中的直流母线，AC/DC变换器22的交流侧连接电网，该AC/DC变换器22可以实现将电网的交流电转化为直流电，供给制氢模块30。能量控制器40获取DC/DC变换器23的运行参数，根据参数大小，配置光伏发电单元11和电网各自的出力情况。
以参数均为功率为例进行说明，具体控制方法如下：已知制氢模块30的最小运行功率为P_min，不妨设置为30％Pn，其中Pn是制氢模块30的额定功率。当光伏发电单元11有光照启动后，DC/DC变换器23根据光伏功率进行最大功率跟踪并输出，能量控制器40从DC/DC变换器23上获取光伏发电单元11的输出功率P_c，当输出功率P_c小于制氢模块30预设的最小运行所需功率，即最小运行功率P_min时，控制AC/DC变换器22输出补偿功率，即其补偿功率为(P_min-P_c)，AC/DC变换器22输出的功率和DC/DC变换器23输出的功率的总功率满足制氢模块30的最小运行参数。当输出功率P_c大于等于制氢模块30预设的最小运行所需功率P_min时，控制AC/DC变换器22关闭，保持DC/DC变换器23按照最大功率跟踪模式运行，制氢模块30运行功率设置为与DC/DC变换器23的输出功率一致，即100％消纳光伏的能量，不吸收电网的能量。
如图9所示，在新能源模块10包括风力发电单元12时，第一变换单元包括与风力发电单元12相连的AC/DC变换器25。
风力发电单元12包括至少一个风力发电机，其在风的作用下，产生交流电，该风力发电机与第一个AC/DC变换器25的交流侧相连，第一个AC/DC变换器25的直流侧与新能源制氢***中的直流母线相连；该第一个AC/DC变换器25可实现风力发电的最大功率点跟踪。该制氢模块30与该直流母线相连。第二个AC/DC变换器22的直流侧连直流母线，第二个AC/DC变换器22的交流侧与电网相连，该AC/DC变换器22可以实现将交流电转化为直流电、供给制氢模块30；能量控制器40获取第一个AC/DC变换器25的运行参数，根据参数大小，配置第二个AC/DC变换器22的运行参数，即制氢模块30的负荷状态。
其控制方法与上述控制方法相同，以参数均为功率为例进行说明，具体控制方法如下：已知制氢模块30的最小运行功率为P_min，不妨设置为30％Pn，其中Pn是制氢模块30的额定功率。当风力发电机启动后，第一个AC/DC变换器25进行最大功率跟踪并输出。能量控制器40从第一个AC/DC变换器25上获取风力发电单元12的输出功率P_c，当输出功率P_c小于制氢模块30预设的最小运行所需功率，即最小运行功率P_min时，控制第二个AC/DC变换器22输出补偿功率(P_min-P_c)，第二个AC/DC变换器22输出的功率和第一个AC/DC变换器25输出的功率的总功率满足制氢模块30的最小运行参数。当输出功率P_c大于等于制氢模块30预设的最小运行所需功率P_min时，控制第二个AC/DC变换器22关闭，保持第一个AC/DC变换器25按照最大功率跟踪模式运行，制氢模块30运行功率设置为与第一个AC/DC变换器25的输出功率一致，即100％消纳光伏的能量，不吸收电网的能量。
需要说明的是，参数均为电流时，其具体工作过程和功率曲线与上述图7和图9对应的说明相似，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，在新能源模块10包括风力发电单元12和光伏发电单元时，其具体结构和工作过程结合图7和图9对应的说明可以得到，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
(2)如图6和图8所示，电网直接与新能源制氢***的交流母线相连。
第一变换单元的第一侧作为功率变换模块20的第一输入端；第二变换单元的交流侧作为功率变换模块20的第二输入端；第一变换单元的第二侧与第二变换单元的交流侧相连、与新能源模块10相连、与电网相连，第二变换单元的直流侧独立作为功率变换模块20的输出端、与制氢模块30相连；也即，第一变换单元的第二侧与第二变换单元的交流侧之间的连接线缆作为新能源制氢***的交流母线，以使电网直接与新能源制氢***的交流母线相连。
仅利用新能源模块10为制氢模块30供电时，第一变换单元和第二变换单元的运行参数均为新能源模块10的输出参数下仅从新能源模块10取电时的对应值。具体的，以参数均为功率为例，第一变换单元的运行功率为新能源模块10的输出功率，以及，第二变换单元停止运行。
同时利用新能源模块10和电网为制氢模块30供电时：
第一变换单元的运行参数为新能源模块10的输出参数下从新能源模块10取电的对应值，以及，第二变换单元的运行参数为最小运行参数，以使以最小运行参数与输出参数下从新能源模块10取电的对应值之差为电网的补偿参数提供至第二变换单元。具体的，以参数均为功率为例，第一变换单元的运行功率新能源模块10的输出功率，以及，第二变换单元的运行功率为制氢模块30的最小运行功率与输出功率之差的补偿功率，以使以最小运行功率与输出功率的差为电网的补偿功率提供至第二变换单元。
在实际应用中，第一变换单元执行最大功率点跟踪控制，即时刻工作于最大功率点；而其第二变换单元包括：AC/DC变换器22，AC/DC变换器22的交直流侧分别作为第二变换单元的交直流侧。
在实际应用中，新能源模块10包括：风力发电单元12和光伏发电单元11中的至少一个。
如图6所示，在新能源模块10包括光伏发电单元11时，第一变换单元包括与光伏发电单元11相连的DC/AC变换器21。
具体的，光伏发电单元11中的至少一个光伏组件，在光照下光伏组件可产生直流电压或电流。该DC/AC变换器21的直流侧与光伏组件相连，DC/AC变换器21的交流侧与新能源制氢***的交流母线相连，该DC/AC变换器21可实现光伏组件的最大功率点跟踪。电网直接与该交流母线相连。AC/DC变换器22的交流侧与交流母线相连，AC/DC变换器22的直流侧与制氢模块30相连，该AC/DC变换器22可以实现将交流电转化为直流电，供给制氢模块30。能量控制器40，获取DC/AC变换器21的运行参数，根据运行参数大小，配置AC/DC变换器22的输出参数，即制氢模块30的负荷参数。
以参数均为功率为例进行说明，具体控制方法如下：已知制氢模块30的最小运行功率为P_min，不妨设置为30％Pn，其中Pn是制氢模块30的额定功率。当光伏发电单元11有光照启动后，DC/AC变换器21根据光伏发电单元11的输出功率P_c进行最大功率跟踪并输出，能量控制器40从DC/AC变换器21上获取输出功率P_c，当输出功率P_c小于制氢模块30的最小运行所需功率，也即最小运行功率P_min时，控制AC/DC变换器22以固定输出功率为P_min运行，此时补偿功率(P_min-P_c)从电网侧自动补充。当输出功率P_c大于等于制氢模块30的最小运行功率P_min时，控制AC/DC变换器22的运行功率等于输出功率P_c，即制氢模块30的运行功率设置为与输出功率一致，100％消纳光伏的能量，不吸收电网的能量。
参见图10a和图10b，以光伏曲线为例，展示了光伏发电***、电网以及制氢模块30之间的功率匹配关系。
从图10a和图10b中可以看出，对于制氢模块30来说，一直保持运行功率大于等于最小运行功率P_min稳定运行。在光功率不足时，则由电网给予一定补充，一旦新能源的输出功率满足最小运行参数，则停止从电网取电。因此，新能源模块10的电能是100％利用消纳的，且这种模式从电网取用的电能很少，即保证了新能源制氢***的稳定可靠，又较少的使用电网的电力。
图10a和图10b中呈现的是正常光伏发电曲线在正常光照情况下一天内的功率波形，如果中间时刻出现光照遮挡等情形，使得输出功率低于P_min，则仍然按照上述策略运行，与图10a和图10b中效果类似。
如图8所示，在新能源模块10包括风力发电单元12时，第一变换单元包括与风力发电单元12相连的AC/AC变换器24。
风力发电单元12包括至少一个风力发电机，其在风的作用下，产生交流电，该风力发电机与AC/AC变换器24的第一交流侧相连，AC/AC变换器24的第二交流侧与新能源制氢***中的交流母线相连；该AC/AC变换器24可实现风力发电的最大功率点跟踪。电网与该交流母线相连。AC/DC变换器22的交流侧连接交流母线，AC/DC变换器22的直流侧与制氢模块30相连，该AC/DC变换器22可以实现将交流电转化为直流电、供给制氢模块30；能量控制器40获取AC/AC变换器24的输出参数，根据参数大小，配置AC/DC变换器22的运行参数，即制氢模块30的负荷状态。
其控制方法与上述控制方法相同，以参数均为功率为例进行说明，具体控制方法如下：已知制氢模块30的最小运行功率为P_min，不妨设置为30％Pn，其中Pn是制氢模块30的额定功率。当风力发电机启动后，AC/AC变换器24进行最大功率跟踪并输出，能量控制器40从AC/AC变换器24上获取输出功率P_c，当输出功率P_c小于制氢模块30的最小运行所需功率P_min，也即最小运行功率时，控制AC/DC变换器22以固定输出功率为P_min运行，此时补偿功率(P_min-P_c)从电网侧自动补充。当输出功率P_c大于等于制氢模块30的最小运行所需功率P_min时，控制AC/DC变换器22的运行功率等于输出功率P_c，即制氢模块30的运行功率设置为与输出功率一致，100％消纳光伏的能量，不吸收电网的能量。
需要说明的是，参数均为电流时，其具体工作过程和功率曲线与上述图6和图8对应的说明相似，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，在新能源模块10包括风力发电单元12和光伏发电单元时，其具体结构和工作过程结合图6和图8对应的说明可以得到，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
在上述任一实施例中，制氢模块30包括：H2O电解槽31、H2收集装置32和O2收集装置33；H2O电解槽31的输入端作为制氢模块30的输入端，用于接收新能源模块10的功率，或者，用于接收新能源模块10和电网的功率。该H2O电解槽31的输出端一端与H2收集装置32，以使H2O电解槽31将氢气输出至该H2收集装置32。H2O电解槽31的另一端与O2收集装置33相连，以使H2O电解槽31将氧气输出至该O2收集装置33。
制氢模块30也可以是其他结构，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (21)

1.一种新能源制氢***的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述新能源制氢***中新能源模块的输出参数，并确定所述新能源制氢***中制氢模块的最小运行参数；
依据所述最小运行参数和所述输出参数，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电，或者，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电，以确保所述制氢模块接收到的功率至少满足所述最小运行参数的需求，且所述新能源模块不向所述电网馈入功率。
2.根据权利要求1所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，依据所述最小运行参数和所述输出参数，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电，或者，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电，以确保所述制氢模块接收到的功率至少满足所述最小运行参数，且所述新能源模块不向所述电网馈入功率，包括：
依据所述输出参数，判断所述新能源模块输出的功率是否满足预设运行参数的需求；所述预设运行参数大于等于所述最小运行参数；
若所述新能源模块输出的功率满足所述预设运行参数的需求，则控制所述制氢模块仅从所述新能源模块取电；
若所述新能源模块输出的功率不满足所述预设运行参数的需求，则控制所述制氢模块同时从所述新能源模块和电网取电。
3.根据权利要求2所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，依据所述输出参数，判断所述新能源模块输出的功率是否满足预设运行参数的需求，包括：
判断所述输出参数是否大于等于所述预设运行参数；
若所述输出参数大于等于所述预设运行参数，则判定所述新能源模块输出的功率满足所述预设运行参数的需求；
若所述输出参数小于所述预设运行参数，则判定所述新能源模块输出的功率不满足所述预设运行参数的需求。
4.根据权利要求2所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，控制所述制氢模块仅从所述新能源模块取电，包括：
控制所述制氢模块的相应参数接收量为所述输出参数下所述制氢模块仅从所述新能源模块取电时的对应值。
5.根据权利要求2所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，控制所述制氢模块同时从所述新能源模块和电网取电，包括：
控制所述制氢模块的相应参数接收量为所述预设运行参数，并以电网的功率对所述新能源模块输出的功率进行补充。
6.根据权利要求3-5任一项所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，所述预设运行参数为所述最小运行参数。
7.根据权利要求6所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，在所述新能源模块的输出参数处于下降趋势和上升趋势时，对应的两个所述预设运行参数之间还存在滞环裕量。
8.根据权利要求1-5任一项所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，各个参数均为功率或电流。
9.根据权利要求1-5任一项所述的新能源制氢***的控制方法，其特征在于，所述输出参数为最大功率点处的相应参数。
10.一种新能源制氢***，其特征在于，包括：新能源模块、制氢模块、功率变换模块和能量控制器；
所述功率变换模块的第一输入端与所述新能源模块连接；
所述功率变换模块的第二输入端连接电网；
所述功率变换模块的输出端与所述制氢模块相连；
所述能量控制器与所述功率变换模块通信连接；
所述能量控制器用于控制所述功率变换模块动作，以实现如权利要求1-9任一项所述的新能源制氢***的控制方法。
11.根据权利要求10所述的新能源制氢***，其特征在于，所述功率变换模块包括：第一变换单元和第二变换单元；
所述第一变换单元的第一侧作为所述功率变换模块的第一输入端；
所述第二变换单元的交流侧作为所述功率变换模块的第二输入端；
所述第一变换单元的第二侧和所述第二变换单元的直流侧共同作为所述功率变换模块的输出端，以使所述电网通过所述第二变换单元与新能源制氢***的直流母线相连。
12.根据权利要求11所述的新能源制氢***，其特征在于，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电时，所述第一变换单元的运行参数为所述新能源模块的输出参数下仅从所述新能源模块取电时的对应值，以及，所述第二变换单元停止运行。
13.根据权利要求11所述的新能源制氢***，其特征在于，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电时：
所述第一变换单元的运行参数为所述新能源模块的输出参数下从所述新能源模块取电的对应值，以及，所述第二变换单元的运行参数为所述制氢***的预设运行参数与所述输出参数下从所述新能源模块取电的对应值之差的补偿参数。
14.根据权利要求10所述的新能源制氢***，其特征在于，所述功率变换模块包括：第一变换单元和第二变换单元；
所述第一变换单元的第一侧作为所述功率变换模块的第一输入端；
所述第二变换单元的交流侧作为所述功率变换模块的第二输入端；
所述第一变换单元的第二侧与所述第二变换单元的交流侧相连，所述第二变换单元的直流侧独立作为所述功率变换模块的输出端，以使所述电网直接与新能源制氢***的交流母线相连。
15.根据权利要求14所述的新能源制氢***，其特征在于，仅利用所述新能源模块为所述制氢模块供电时，所述第一变换单元和所述第二变换单元的运行参数均为所述新能源模块的输出参数下仅从所述新能源模块取电时的对应值。
16.根据权利要求14所述的新能源制氢***，其特征在于，同时利用所述新能源模块和电网为所述制氢模块供电时：
所述第一变换单元的运行参数为所述新能源模块的输出参数下从所述新能源模块取电的对应值，以及，所述第二变换单元的运行参数为所述预设运行参数。
17.根据权利要求11-16任一项所述的新能源制氢***，其特征在于，所述第一变换单元执行最大功率点跟踪控制。
18.根据权利要求11-16任一项所述的新能源制氢***，其特征在于，所述第二变换单元包括：AC/DC变换器；
所述AC/DC变换器的交直流侧分别作为所述第二变换单元的交直流侧。
19.根据权利要求11-16任一项所述的新能源制氢***，其特征在于，所述新能源模块包括：风力发电单元和光伏发电单元中的至少一个。
20.根据权利要求19所述的新能源制氢***，其特征在于，在所述新能源模块包括光伏发电单元时：
若所述电网直接与所述新能源制氢***的交流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述光伏发电单元相连的DC/AC变换器；
若所述电网与通过所述第二变换单元与所述新能源制氢***的直流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述光伏发电单元相连的DC/DC变换器。
21.根据权利要求19所述的新能源制氢***，其特征在于，在所述新能源模块包括风力发电单元时：
若所述电网直接与所述新能源制氢***的交流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述风力发电单元相连的AC/AC变换器；
若所述电网与通过所述第二变换单元与所述新能源制氢***的直流母线相连，则所述第一变换单元包括与所述风力发电单元相连的AC/DC变换器。
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