一种多端口电解、电镀电源系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及电力电子电源系统技术领域，特别涉及一种多端口电解、电镀电源系统及其控制方法。


背景技术：

2.电解、电镀电源广泛应用于金属表面氧化、电镀、稀土冶炼、着色、污水处理、冶金、电解水以及电泳等处理工艺中，同时也带来了高能耗的问题。随着能源危机的日益显现，加快了能源转型的进程，对于电解、电镀厂这种高能耗的行业，更需要推动节能、降碳措施，并积极采用节能高效低碳的电解、电镀电源，助力实现碳达峰和碳中和。
3.为了降低电解电源直流电压中的低频谐波分量，公布号为cn105048833a的专利文件公开了一种低纹波电解电源及控制方法，该方法采用高频隔离变压器，可以减少开关损耗，但系统的整体能耗还是比较大，且其能量输入源仅为电网，依赖程度非常高。另外，为了提高电解电源系统的能源利用效率，降低碳排放，公布号为cn109995127a的专利文件公开了一种光储电解电源系统以及其控制方法，相对于传统电解电源拓扑结构，该系统可以减少电能变换环节，同时采用清洁能源供电，绿色环保。不过，该系统仅采用光伏电池作为能量输入源，其工作状况受制于光照的强度，光照时间短的地区，可能长时间无法工作。
4.为了高效接入多种新能源以及负载设备，达到节能低碳的目的，并保证给电解、电镀电源不间断供电，本发明提出一种多端口电解、电镀电源系统以及控制方法。


技术实现要素：

5.基于此，一方面本发明提供一种多端口电解、电镀电源系统，包括并网变换器，所述并网变换器的前端兼容有单三相交流接口，所述并网变换器的后端通过直流母线连接有机侧rsc单向变流器和/或光伏单向dc/dc变流器，所述并网变换器的后端通过直流母线还连接有由多个单向dc/dc变流器并联形成的dc/dc变流器组，以及储能设备；所述单三相交流接口用于连接电网，所述机侧rsc单向变流器用于将风力发电设备接入直流母线，所述光伏单向dc/dc变流器用于将光伏设备接入直流母线，所述dc/dc变流器组中的单向dc/dc变流器的输出端连接电解、电镀设备以及中低压直流负荷。
6.优选的，还包括中央控制器，所述中央控制器连接有控制器一、控制器二、控制器三、控制器四和控制器五，所述控制器一连接所述并网变换器，为所述并网变换器的控制单元，所述控制器二连接所述机侧rsc单向变流器，为所述机侧rsc单向变流器的控制单元，所述控制器三连接所述光伏单向dc/dc变流器，为所述光伏单向dc/dc变流器的控制单元，所述控制器四连接所述dc/dc变流器组，为所述dc/dc变流器组的控制单元，所述控制器五连接所述储能设备，为所述储能设备的控制单元。
7.优选的，所述储能设备集成有ems系统。
8.另一方面，本发明提供一种用于上述电解、电镀电源系统的控制方法，通过所述中央控制器负责整个多端口电解、电镀电源系统的控制调度工作，根据多端口电解、电镀电源
dc/dc变流器组。
具体实施方式
17.为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明做进一步详细描述：实施例1一种多端口电解、电镀电源系统，如图1所示，包括并网变换器a，并网变换器a的前端兼容单三相交流接口，并网变换器a的后端通过直流母线连接有机侧rsc单向变流器b、光伏单向dc/dc变流器c、集成有ems系统的储能设备d、由多个dc/dc单向变换器并联形成的dc/dc变流器，其中，单三相交流接口用于连接电网，机侧rsc单向变流器b用于将风力发电设备接入直流母线，光伏单向dc/dc变流器c用于将光伏设备接入直流母线，dc/dc变流器组e中的单向dc/dc变流器的输出端用于连接电解、电镀设备以及中低压直流负荷。
18.多端口电解、电镀电源系统由中央控制器控制调度工作，中央控制器包括控制器一、控制器二、控制器三、控制器四和控制器五，如图2所示，控制器一为并网变换器a的控制单元，该单元根据中央控制器的指令和并网变换器a的工作状态实施控制策略，当并网变换器a处于整流状态时，控制器一采用直流侧电压外环电流内环的控制策略，当并网变换器a处于逆变状态时，控制器一采用交流侧输出电压外环电流内环的控制策略；控制器二为机侧rsc变流器的控制单元，根据中央控制器的指令和rsc变流器的工作状态实施控制策略，当风电电能充足时，rsc变流器的风机侧主要采用最大风能捕获控制策略和限流控制策略，当风电电能不足时，则关闭机侧rsc变流器，并切除风电设备；控制器三为单向dc/dc变流器的控制单元，根据中央控制器的指令和单向dc/dc变流器的工作状态实施控制策略，当太阳能充足时，采用最大功率跟踪（mppt）策略和限流控制策略，当太阳能不足时，则关闭光伏dc/dc变流器，并切除光伏设备，通常根据情况下，光伏设备或者风电设备的容量略高于负荷总的容量，利于就地消纳。控制器四为dc/dc变流器组e的控制单元，根据中央控制器的指令和带载情况实施控制策略，负责多个单向dc/dc输出电压和电流的控制；控制器五为储能设备d的控制单元，根据中央控制器的指令和储能ems指令制定控制策略。
19.本发明中，电解、电镀电源系统中的光伏设备、风力发电设备、储能设备d以及电解、电镀设备可以通过并网变换器a与电网协同互动，具备减载运行、电压支撑、频率支撑、削峰填谷、不间断供电等功能。因此，本发明的电解、电镀电源系统既可以满足电网友好型的部分要求，又可以保证给电解、电镀设备不间断供电。其工作模式可分为并网和离网模式，并网模式包含了电压支撑、频率支撑和稳定运行等功能，离网模式包含中断运行和不间断供电。
20.其中，假设电网输出的功率为pg(t)，光伏输出的功率为pph(t)，风电输出的功率为pw(t)，储能输出的有功功率为pbat_act(t)，输出的无功功率为pbat_rea(t)，储能输出的功率为pbat(t)，电解、电镀电源设备吸收的总功率为pele(t)。当减载运行时，电解、电镀电源设备吸收的总功率为pele_dec(t)。并网时，它们之间功率的关系如下：pg(t) = pele(t)
±
pbat(t)-pph(t)-pw(t)
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(1)离网时，光伏、风电、储能以及电解、电镀电源之间功率的关系如下：pbat(t) = pele(t)-pph(t)-pw(t)
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(2)
并、离网模式下，本发明的电解、电镀电源系统的控制策略流程如图3所示。
21.并网模式下，优先实施电网友好策略。该模式下，整个电解、电镀电源系统需要根据储能设备d的soc值来制定相应的控制策略。由于需要保证不间断供电的时间，储能设备d需要预留一定的电量来保供电，该电量对应的soc值为rres。当储能设备d的soc《rres，电网、光伏设备和风力发电设备一起给电解、电镀设备供电，且可以根据电网的供电能力来调节电解、电镀设备的运行数量；如果电网供电能力不够，则需要减少电解、电镀设备的数量，使系统减载运行，此时电解、电镀设备吸收的功率为pele_dec(t)。如果电网供电能力充足，则电网、光伏设备和风力发电设备一起给系统供电，系统的余电可以给储能设备d充电。
22.当储能设备d的soc≧rres时，电解、电镀电源系统可以很好地与电网协调互动。当电网需要一定的电压支撑时，电解、电镀电源系统仅储能设备d工作，通过并网变换器a给电网提供一定的无功功率，用于支撑电网电压。类似地，当电网需要一定的频率支撑时，储能设备d通过并网变换器a提供一定的有功功率，用于支撑电网频率。其次，当电网需要削峰填谷的时，储能设备d作为负荷吸收电网谷值多余的能量，从而起到填谷的作用，反之，储能设备d作为电源释放功率给电网，达到削峰的作用。如果电网不需要该电源系统协调互动，则储能设备d主要平衡光伏、风电、电解、电镀设备以及电网之间的功率。
23.离网模式下，优先保障给电解、电镀设备不间断供电。当soc《rmin时，该系统停止运行。当soc≧rmin时，储能单元、风电以及光伏设备一起给电解、电镀电源供电，其中，rmin为储能单元soc的最低阈值，对应储能设备d的最低放电量，0《rmin《1，通常为15%左右。
24.实施例2实施例2与实施例1基本相同，区别在于实施例2中仅接入了光伏设备，未接入风力发电设备，如图4所示，适用于西藏等全年太阳能辐射总量大的地区。
25.实施例3实施例3与实施例1基本相同，区别在于实施例3中仅接入了风力发电设备，未接入光伏设备，如图5所示，适用于东南沿海以及岛屿等风能资源丰富的地区。
26.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种多端口电解、电镀电源系统，其特征在于，包括并网变换器，所述并网变换器的前端兼容有单三相交流接口，所述并网变换器的后端通过直流母线连接有机侧rsc单向变流器和/或光伏单向dc/dc变流器，所述并网变换器的后端通过直流母线还连接有由多个单向dc/dc变流器并联形成的dc/dc变流器组，以及储能设备；所述单三相交流接口用于连接电网，所述机侧rsc单向变流器用于将风力发电设备接入直流母线，所述光伏单向dc/dc变流器用于将光伏设备接入直流母线，所述dc/dc变流器组中的单向dc/dc变流器的输出端用于连接电解、电镀设备以及中低压直流负荷。2.根据权利要求1所述的一种多端口电解、电镀电源系统，其特征在于，还包括中央控制器，所述中央控制器连接有控制器一、控制器二、控制器三、控制器四和控制器五，所述控制器一连接所述并网变换器，为所述并网变换器的控制单元，所述控制器二连接所述机侧rsc单向变流器，为所述机侧rsc单向变流器的控制单元，所述控制器三连接所述光伏单向dc/dc变流器，为所述光伏单向dc/dc变流器的控制单元，所述控制器四连接所述dc/dc变流器组，为所述dc/dc变流器组的控制单元，所述控制器五连接所述储能设备，为所述储能设备的控制单元。3.一种如权利要求1-2任意一项所述的多端口电解、电镀电源系统的控制方法，其特征在于，所述多端口电解、电镀电源系统包括并网模式和离网模式两种工作模式；所述中央控制器负责整个多端口电解、电镀电源系统的控制调度工作，根据多端口电解、电镀电源系统的工作模式，结合储能设备的soc值给控制器一、控制器二、控制器三、控制器四和控制器五下发相应的控制指令，指定相应的控制策略，以保证所述多端口电解、电镀电源系统不间断供电。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述多端口电解、电镀电源系统处于并网模式时，当储能设备的soc＜rres时，电网、光伏设备和风力发电设备一起为电解、电镀设备供电，其中，rres为储能设备预留的保供电的电量对应的soc值；当储能设备的soc≧rres时，所述电解、电镀电源系统与电网协调互动，若电网需要电压支撑，则所述多端口电解、电镀电源系统仅储能设备工作，通过所述并网变换器给电网提供一定的无功功率，用于支撑电网电压；若电网需要频率支撑，则所述储能设备通过所述并网变换器为电网提供一定的有功功率，用于支撑电网频率；当电网需要削峰填谷时，所述储能设备作为负荷吸收电网谷值多余的能量，从而起到填谷的作用，反之，储能设备作为电源释放功率给电网，达到削峰的作用。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当储能设备soc＜rres时，如果电网供电能力不足，则多端口电解、电镀电源系统减载运行；如果电网的供电能力足够，则电网、光伏设备和风力发电设备一起给多端口电解、电镀电源系统供电，多端口电解、电镀电源系统的余电为储能设备充电。6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，若电网不需要与所述多端口电解、电镀电源系统协调互动，则储能设备用于平衡光伏设备、风电设备、电解、电镀设备以及电网之间的功率。7.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述多端口电解、电镀电源系统处于离网模式时，若soc＜rmin，则所述多端口电解、电镀电源系统停止运行，若soc≥rmin，则储能设备、风力发电设备以及光伏设备一起给电解、电镀设备供电，其中，rmin为储能设备的
soc的最低阈值，对应所述储能设备的最低放电量，0<rmin<1。

技术总结
本发明涉及一种多端口电解、电镀电源系统及其控制方法，属于电力电子电源系统技术领域，其包括并网变换器，并网变换器的前端兼容有单三相交流接口，并网变换器的后端连接有机侧RSC单向变流器和/或光伏单向DC/DC变流器、DC/DC变流器组、储能设备；本发明通过引入新能源减少电解、电镀电源对电网电能的需求，其包括并网模式和离网模式两种工作模式，在不同工作模式下，中央控制器可以结合储能设备的SOC值指定相应的控制策略，协调电网、光伏设备、风力发电设备的供电状况，以保证所述多端口电解、电镀电源系统不间断供电。本发明显著减少了整个系统的能耗和成本，提高了运行效率。提高了运行效率。提高了运行效率。


技术研发人员：陈慢林 郑永强
受保护的技术使用者：珠海瓦特电力设备有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/8/9