一种组合式水电解制氢设备直流供电系统

技术领域

本发明涉及水电解制氢设备的直流供电技术领域，特别涉及一种组合式水电解制氢设备直流供电系统。

背景技术

在水电解制氢设备由整流变压器、整流柜、电解槽、气液处理器、氢气纯化系统和其他附属设备组成，市场上的水电解制氢设备都是一台变压器对应一台整流柜和一台电解槽，即为“一拖一”形式。

目前，能耗和成本是制氢行业的关注热点。传统的“一拖一”形式采用一台三相桥式六脉冲的整流系统对应一台电解槽，随着单台电解槽产气量的不断增加，整流系统的电流越来越大，传统的“一拖一”形式会增加变压器的空载损耗和负载损耗，并且该方式还会使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的效率，引起附加损耗。除此之外，对于多台套大容量的制氢项目，传统的“一拖一”形式将增加用户在设备采购成本和土地建设等方面的资金投入。

发明内容

本发明实施例提供了一种组合式水电解制氢设备直流供电系统，其可以很好地降低整流变压器的空载损耗和负载损耗，降低设备的谐波产生量，避免了因谐波产生的附加损耗，提高效率，同时与同等规模的设备相比大大减小设备的体积，降低设备投资成本。

本发明实施例提供的组合式水电解制氢设备直流供电系统，包括：

组合式整流变压器，其位于制氢设备起始端与电网电连接；

电解槽，其为水电解制氢系统的产气部件；

整流柜，其位于所述整流变压器与所述电解槽之间；

其中，所述组合式整流变压器、所述整流柜和所述电解槽之间均为电连接，组成水电解制氢设备的直流供电系统，所述组合式整流变压器为多个，且每个组合式整流变压器均包括至少两台整流变压器，以增加直流脉冲数，且每台整流变压器均对应设有一个整流柜和一个电解槽。

在本发明的一些实施例中，若每个组合式整流变压器均包括两台整流变压器，则，

设计所述两台整流变压器一次侧的移相角度，使所述两台整流变压器一次侧的移相角度之间产生15°的相位差，则可等效产生24脉波整流器的效果。

在本发明的一些实施例中，若每个组合式整流变压器均包括四台整流变压器，则，

设计所述四台整流变压器一次侧的移相角，使所述四台整流变压器一次侧的移相角之间产生7.5°的相位差，则可，等效产生48脉波整流器的效果。

在本发明的一些实施例中，所述组合式整流变压器、所述整流柜和所述电解槽通过铜排或电缆电连接。

在本发明的一些实施例中，根据所述电解槽的数量和产气量，确定所述组合式整流变压器的容量、每台组合式整流变压器包括整流变压器的台数和单台整流变压器的脉冲数。

本发明实施例提供的组合式水电解制氢设备直流供电系统，具有以下优点：其可以有效降低变压器的空载损耗和负载损耗，从而提高整流变压器的运行效率，降低整个制氢设备的能耗指标；可以减小整流变压器的体积，大大减少设备占地面积，节约设备成本和建设成本；还可以通过增加直流脉冲数可有效减少谐波输入量，解决了制氢工厂易出现的谐波超标等电能质量问题。

附图说明

图1为本发明实施例的组合式水电解制氢设备直流供电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

在本说明书中可使用词组“在一种实施例中”、“在另一实施例中”、“在又一实施例中”、“在一实施例中”、“在一些实施例中”或“在其它实施例中”，均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。

此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所发明的实施例仅仅是本发明的实施例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详尽描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本发明的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样性地使用本发明。

本发明实施例提供了一种组合式水电解制氢设备直流供电系统，如图1 所示，包括：

组合式整流变压器，其位于制氢设备起始端与电网电连接，用以起到变换电压的作用；

电解槽，其为水电解制氢系统的产气部件，为负载端；

整流柜，其位于所述整流变压器与所述电解槽之间，起到变流作用；

其中，所述组合式整流变压器、所述整流柜和所述电解槽之间均为电连接，组成水电解制氢设备的直流供电系统，所述组合式整流变压器为多个，且每个组合式整流变压器均包括至少两台整流变压器，以增加直流脉冲数，且每台整流变压器均对应设有一个整流柜和一个电解槽。

所述组合式整流变压器、所述整流柜和所述电解槽通过铜排或电缆电连接，组成水电解制氢设备的直流供电系统。

通过上述技术方案可知，其采用组合式直流供电结构，通过两台或者多台整流变压器组合使用，可以成倍增加直流脉冲数。在本实施例中，若每个组合式整流变压器均包括两台整流变压器，则，设计所述两台整流变压器一次侧的移相角，使所述两台整流变压器一次侧的移相角度之间产生的相位差为15°等效产生24脉波整流器的效果。具体地，两台整流变压器组合成一台整流变压器，设计一次侧Z接，移相角度分别为(-3.75°，+11.25°)，二次侧d y接，实现移相角度δ＝15°，可等效产生24脉波整流器的效果。

在本发明的另一实施例中，若每个组合式整流变压器均包括四台整流变压器，则，设计所述四台整流变压器一次侧的移相角，以使所述四台整流变压器一次侧的移相角之间产生相位差7.5°，等效产生48脉波整流器的效果。具体地，四台整流变压器通过设计一次侧移相角为-11.25°、-3.75°、 +3.75°、+11.25°，实现移相角度δ＝7.5°，可等效产生48脉波整流器的效果，进而可有效解决因谐波存在导致的附加谐波损耗问题。

采用组合式直流供电系统结构与同等容量的分离式直流供电系统相比不仅降低了整流变压器的空载损耗和负载损耗，而且还节约了21％的整流变成本

在本实施例中，可以根据所述电解槽的数量和产气量，确定所述组合式整流变压器的容量、每台组合式整流变压器包括整流变压器的台数和单台整流变压器的脉冲数。

通过上述技术方案可知，本发明实施例提供的组合式水电解制氢设备直流供电系统可以有效降低变压器的空载损耗和负载损耗，从而提高整流变压器的运行效率，降低整个制氢设备的能耗指标；可以减小整流变压器的体积，大大减少设备占地面积，节约设备成本和建设成本；还可以通过增加直流脉冲数可有效减少谐波输入量，解决了制氢工厂易出现的谐波超标等电能质量问题。

作为示例，如图1所示，其示出了一种组合式直流供电系统的示意图，包括：1#整流变压器、2#整流变压器，1#整流柜、2#整流柜、3#整流柜、4# 整流柜，1#电解槽、2#电解槽、3#电解槽、4#电解槽及其铜排和电缆连接成水电解制氢设备的直流供电系统，其中，1#和2#整流变压器分别为两台整流变组合成一台整流变，共用制氢装置其他部件。通过设计整流变一次侧移相角度来改变制氢设备的直流输出脉冲数。所述的1#、2#整流变压器的数量为 2～8台，(即“二拖一”或“多拖一”)分别对应一次侧相应的移相角度，单台整流变压器脉冲结构包含六脉冲，十二脉冲和二十四脉冲。所述的1#，2#， 3#，4#整流柜拓扑结构由相应脉冲数的整流变压器结构决定。示例：假设整流柜采用三相十二脉冲桥式整流电路，采用组合式水电解制氢直流供电系统，两台变压器组合成一台变压器，则设计附图中1#变压器一次侧Z接，移相角度(-3.75°，+11.25°)二次侧d y接，实现移相角度δ＝15°，可等效产生24脉波整流器的效果。1#整流变压器和2#整流变压器组合使用可通过分别设计一次侧移相角为(-3.75°，+11.25°)和(-11.25°、+3.75°)，实现移相角度δ＝7.5°，可等效产生48脉波整流器的效果。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。