CN219918434U - 制氢电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种制氢电源装置，包括控制器、主电路和阻抗检测单元，主电路包括AC/DC单元和DC/DC单元，AC/DC单元的输入端与电网相连，AC/DC单元的输出端与DC/DC单元的输入端相连，DC/DC单元的输出端与电解槽相连；阻抗检测单元包括高频交流电源、电压检测件和电流检测件；高频交流电源的输出端与DC/DC单元的输出端相连，电压检测件位于DC/DC单元的输出端，电流检测件位于DC/DC单元的输出端，高频交流电源、电压检测件和电流检测件均与控制器相连。本实用新型具有结构简单、成本低且实时性好等优点。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及制氢技术领域，具体涉及一种制氢电源装置。
背景技术
制氢电源装置是一种将电能转化成化学能的设备，广泛应用于氢气发生、氢气制备的领域。在现有制氢***中，制氢电源装置作为一个重要环节，其核心作用就是将从交流电网获取电能，通过电力电子变换器件，给电解槽供电。制氢电源装置的构成如图1所示。
如图2所示，当前主流制氢电源装置的工作方式是制氢站管理***(后简称管理***)根据电解槽状态给制氢电源装置提供电流指令，制氢电源装置接受管理***电流指令来被动执行。即目前制氢电源装置与电解槽的连接仅仅是提供直流电源，并未与电解槽有更多二次信号连接，制氢电源的投入退出、提供电流的指令均是从制氢站的管理***获得，制氢电源装置作为一个电源装置，其功能仅仅是一个提供直流能量的来源。
上述方案完全依赖管理***的指令可靠性，制氢电源装置并不能主动发现电解槽的生命状态(是否短路等故障)，只能被动接受指令输出电流，无法主动判断电解槽状态，故障保护无法做到主动及时。此外，由于电解槽由于使用时间的缘故，电解槽阻抗随时间也会变化，如果采用停机检查，也会给检修带来不便，增加检修成本。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种实时性好的制氢电源装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种制氢电源装置，包括控制器、主电路和阻抗检测单元，所述主电路包括AC/DC单元和DC/DC单元，所述AC/DC单元的输入端与电网相连，所述AC/DC单元的输出端与DC/DC单元的输入端相连，所述DC/DC单元的输出端与所述电解槽相连；所述阻抗检测单元包括高频交流电源、电压检测件和电流检测件；所述高频交流电源的输出端与所述DC/DC单元的输出端相连，用于向DC/DC单元的输出端输入高频交流信号；所述电压检测件位于所述DC/DC单元的输出端，用于检测DC/DC单元的输出端的电压信号；所述电流检测件位于所述DC/DC单元的输出端，用于检测DC/DC单元的输出端的电流信号；所述高频交流电源、电压检测件和电流检测件均与所述控制器相连。
作为上述技术方案的进一步改进：
还包括辅助回路，所述辅助回路包括隔离升压变压器和整流单元，所述隔离升压变压器的输入端与交流电源相连，所述隔离升压变压器的输出端与整流单元的输入端相连，所述整流单元的输出端与所述AC/DC单元的输出端相连。
所述交流电源与隔离升压变压器的输入端之间设置有预充电单元。
所述AC/DC单元为三电平整流电路。
所述DC/DC单元为两电平斩波电路。
所述AC/DC单元的输入端与电网之间设置有交流断路器，所述交流断路器与所述控制器相连。
所述交流断路器与AC/DC单元的输入端之间设有三相交流电抗器和三相交流滤波电容。
所述DC/DC单元的输出端与所述电解槽之间设置有直流隔离开关，所述直流隔离开关与所述控制器相连。
所述DC/DC单元的输出端与直流隔离开关之间设置有斩波电抗器。
所述AC/DC单元的输出端与DC/DC单元的输入端之间设有电流传感器。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型的制氢电源装置，自带电解槽阻抗检测功能，能够及时对电解槽的阻抗进行检测，防止电解槽未及时检修导致的故障扩大化；相对于原有需要通过制氢站管理***采集电解槽状态并分析判断后，再给制氢电源装置发出切断电源指令这一长时间的故障保护情况，本实用新型的制氢电源装置能够及时切断能量来源，并主动提醒制氢站管理***及时检修电解槽。
本实用新型的制氢电源装置，利用目前已有的硬件(控制器、电压传感器和电流传感器等)，无需新增硬件，即可实现制氢电源装置的功能增加，实时检测电解槽的阻抗，大大降低了设备投资成本及后续的维护成本。
附图说明
图1为现有技术中制氢电源***的拓扑结构图。
图2为现有技术中的制氢电源、电解槽与管理***的拓扑结构图。
图3为本实用新型的制氢电源装置在实施例的拓扑结构图。
图4为本实用新型的制氢电源装置在实施例的电路原理图。
图例说明：1、主电路；11、AC/DC单元；12、DC/DC单元；2、电解槽；3、阻抗检测单元；31、高频交流电源；32、电压检测件；33、电流检测件；4、辅助回路；41、预充电单元；42、隔离升压变压器；43、整流单元；5、控制器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
如图3-4所示，本实用新型实施例的制氢电源装置，包括控制器5、主电路1和阻抗检测单元3，主电路1包括AC/DC单元11和DC/DC单元12，AC/DC单元11的输入端与电网相连，AC/DC单元11的输出端与DC/DC单元12的输入端相连，DC/DC单元12的输出端与电解槽2相连；阻抗检测单元3包括高频交流电源31、电压检测件32和电流检测件33；高频交流电源31的输出端与DC/DC单元12的输出端相连，用于向DC/DC单元12的输出端输入高频交流信号；电压检测件32位于DC/DC单元12的输出端，用于检测DC/DC单元12的输出端的电压信号；电流检测件33位于DC/DC单元12的输出端，用于检测DC/DC单元12的输出端的电流信号；其中高频交流电源31、电压检测件32和电流检测件33均与控制器5相连。
具体地，AC/DC单元11采用三电平PWM整流电路UV1-UV3，将交流电源整流成直流电源；其中DC/DC单元12采用两电平BUCK斩波电路CH1-CH3；采用上述AC/DC单元11+DC/DC单元12的组合方式，电压在DC0-850V之间平滑输出。其中电网与AC/DC单元11的输入端之间依次设有交流断路器QF1、交流滤波电容C1和三相交流电抗器L11；其中DC/DC单元12的输出端与电解槽2之间依次设有斩波电抗器L1-L3和隔离开关QS1。其中电流检测件33为电流传感器BC，串联于隔离开关QS1与电解槽2之间的回路上；其中电压检测件32为电压传感器BV，并联在电解槽2的输入端。其中高频交流电源31则位于控制器5内。另外在AC/DC单元11的输入端设有电流传感器BC11-BC16，以及在中间直流回路设有电流传感器BC1，用于对各处的电流进行检测以进行监控。
在一具体实施例中，对于主电路1的LCL滤波器，需要在合闸时对交流滤波电容C1充电，这时候就需要给中间直流回路充电，然后启动四象限逆变给交流滤波电容C1充电，最后再合闸交流断路器QF1。故在中间直流回路上配置辅助回路4，辅助回路4包括隔离升压变压器42和整流单元43，隔离升压变压器42的输入端与交流电源相连，隔离升压变压器42的输出端与整流单元43的输入端相连，整流单元43的输出端与AC/DC单元11的输出端(中间直流回路)相连。具体地，辅助电源AC380V对辅助回路4进行供电，通过预充电单元41的开关QMy、预充电接触器KMy和预充电阻(RY1-RY3)，再通过隔离升压变压器TM1(AC380V/AC590V)，再通过整流单元43(由二极管组件U1和U2构成)将AC590V整流成中间直流电压DC830V。
在具体应用时，制氢电源装置在给电解槽2提供直流电源的同时，通过高频交流电源31在输出直流电压U上叠加高频交流信号，再通过电压检测件32和电流检测件33采集DC/DC单元12输出端的电压信号U和电流信号I，再根据电压信号和电流信号来实时计算电解槽2的阻抗R(如R＝U/I-R正-R负，其中R正和R负分别为DC/DC单元12输出端到电解槽2输入正极和负极铜排(电缆)的阻抗)，及时判断电解槽2的状态；若处于轻微异常时，可以及时断开直流隔离开关QS1，并上报故障给制氢站管理***，此时需要检修人员及时检查电解槽2，待电解槽2检查恢复后，可远程重新合闸直流隔离开关QS1,继续进行供电；如果故障进一步恶化，则可以断开直流隔离开关QS1和交流断路器QF1，断开制氢电源装置与外部电网，防止电解槽2的故障扩大化，并及时上报制氢站管理***，提醒电解槽2检修。
本实用新型的制氢电源装置，自带电解槽2阻抗检测功能，能够及时对电解槽2的阻抗进行检测，防止电解槽2未及时检修导致的故障扩大化；相对于原有需要通过制氢站管理***采集电解槽2状态并分析判断后，再给制氢电源装置发出切断电源指令这一长时间的故障保护情况，本实用新型的制氢电源装置能够及时切断能量来源，并主动提醒制氢站管理***及时检修电解槽2。
本实用新型的制氢电源装置，在利用目前已有的硬件(控制器5、电压传感器和电流传感器等)基础上，无需新增硬件，即可实现制氢电源装置的功能增加，实时检测电解槽2的阻抗，大大降低了设备投资成本及后续的维护成本。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种制氢电源装置，其特征在于，包括控制器(5)、主电路(1)和阻抗检测单元(3)，所述主电路(1)包括AC/DC单元(11)和DC/DC单元(12)，所述AC/DC单元(11)的输入端与电网相连，所述AC/DC单元(11)的输出端与DC/DC单元(12)的输入端相连，所述DC/DC单元(12)的输出端与电解槽(2)相连；所述阻抗检测单元(3)包括高频交流电源(31)、电压检测件(32)和电流检测件(33)；所述高频交流电源(31)的输出端与所述DC/DC单元(12)的输出端相连，用于向DC/DC单元(12)的输出端输入高频交流信号；所述电压检测件(32)位于所述DC/DC单元(12)的输出端，用于检测DC/DC单元(12)的输出端的电压信号；所述电流检测件(33)位于所述DC/DC单元(12)的输出端，用于检测DC/DC单元(12)的输出端的电流信号；所述高频交流电源(31)、电压检测件(32)和电流检测件(33)均与所述控制器(5)相连。
2.根据权利要求1所述的制氢电源装置，其特征在于，还包括辅助回路(4)，所述辅助回路(4)包括隔离升压变压器(42)和整流单元(43)，所述隔离升压变压器(42)的输入端与交流电源相连，所述隔离升压变压器(42)的输出端与整流单元(43)的输入端相连，所述整流单元(43)的输出端与所述AC/DC单元(11)的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的制氢电源装置，其特征在于，所述交流电源与隔离升压变压器(42)的输入端之间设置有预充电单元(41)。
4.根据权利要求1或2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述AC/DC单元(11)为三电平整流电路。
5.根据权利要求1或2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述DC/DC单元(12)为两电平斩波电路。
6.根据权利要求1或2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述AC/DC单元(11)的输入端与电网之间设置有交流断路器，所述交流断路器与所述控制器(5)相连。
7.根据权利要求6所述的制氢电源装置，其特征在于，所述交流断路器与AC/DC单元(11)的输入端之间设有三相交流电抗器和三相交流滤波电容。
8.根据权利要求1或2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述DC/DC单元(12)的输出端与所述电解槽(2)之间设置有直流隔离开关，所述直流隔离开关与所述控制器(5)相连。
9.根据权利要求8所述的制氢电源装置，其特征在于，所述DC/DC单元(12)的输出端与直流隔离开关之间设置有斩波电抗器。
10.根据权利要求1或2或3所述的制氢电源装置，其特征在于，所述AC/DC单元(11)的输出端与DC/DC单元(12)的输入端之间设有电流传感器。
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