(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211247063.8 (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 广东电网有限责任公司广州供电局 地址 510000 广东省广州市天河区天河南 二路2号 (72)发明人 何彬彬　卢彦杉　潘军　陈蔼峻　 张行　江军　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 杜杨 (51)Int.Cl. H02J 3/38(2006.01) H02J 3/46(2006.01) H02J 3/28(2006.01) H02J 3/32(2006.01)H01M 8/0656(2016.01) H01M 8/04082(2016.01) (54)发明名称 风能与氢能耦合供电系统 (57)摘要 本发明的实施例提供了一种风能与氢能耦 合供电系统， 涉及氢能和风能耦合供电技术领 域。 风能与氢能耦合供电系统包括风力发电系 统、 第一AC/DC变换器、 第一DC/DC变换器、 第二 DC/DC变换器、 双向DC/AC变换器、 燃料电池发电 系统、 电解水制氢系统、 风力发电系统、 氢气 存储 系统、 超级电容、 抽水储能系统、 蓄水池和能量管 理系统； 该系统能够通过抽水储能与氢能储能的 配合， 实现长周 期的能量的存储； 实时地控制抽 水储能和电解水制取氢气， 以及燃料电池发电系 统的电能分配， 使白天送入电网的能量平稳可 控， 晚上利用低谷的电价， 实现电解制取氢气存 储能量， 保证未来长周 期的上网电能可控； 提升 燃料电池的寿 命； 实现突增发电量的就近消耗。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115528734 A 2022.12.27 CN 115528734 A 1.一种风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 所述风能与氢能耦合供电系统包括风 力发电系统(1)、 第一AC/DC变换器(2)、 第一DC/DC变换器(3)、 第二DC/DC变换器(4)、 双向 DC/AC变换器(5)、 燃料电池发电系统(6)、 电解水制氢系统(7)、 风力发电系统(1)、 氢气存储 系统(9)、 超级电容(10)、 抽水储能系统(1 1)、 蓄水池(12)和能量管理系统(13)； 所述的第一AC/DC变换器(2)的电能输出端、 所述第一DC/DC变换器(3)的电能输出端、 所述第一DC /DC变换器(3)的电能输入端、 所述超级电容(10)之间通过直 流母线(20 0)连接； 所述风力发电系统(1)的电能输出端与所述第一AC/DC变换器(2)的电能输入端连接， 所述燃料电池发电系统(6)的电能输出端与所述第一DC/DC变换器(3)的电能输入端连接， 所述电解水制氢系统(7)与所述第二DC/DC的输出端连接， 所述双向DC/AC变换器(5)的电能 输出端与电网(40 0)连接， 所述抽水储能系统(1 1)与电网(40 0)通过交流母线(3 00)连接； 所述燃料电池发电系统(6)的氢气输入端、 所述电解水制氢系统(7)的氢气输出端和所 述氢气存储系统(9)之间通过氢气管路连接， 所述抽水储能系统(11)与所述蓄水池(12)的 水管路连接； 所述能量管理系统(13)与所述风力发电系统(1)的通信端口、 所述第一AC/DC变换器 (2)的通信端口、 所述第一DC/DC变换器(3)的通信端口、 所述燃料电池发电系统(6)的通信 端口、 所述第二DC/DC变换器(4)的通信端口、 所述电解水制氢系统(7)的通信端口、 所述氢 气存储系统(9)的通信端口、 所述双向DC/AC变换器(5)的通信端口、 所述抽水储能系统(11) 之间通过通信总线连接 。 2.根据权利要求1所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 所述能量管理系统 (13)执行能量管理方法， 包括以下步骤： S1： 设定所述氢气存储系统(9)的氢气存储容量的下限H1立方米、 上限H2立方米， 所述 蓄水池(12)的存储水的下限W1度电， 所述抽水储能系统(11)抽水储能的上限为W2度电， 设 定所述氢气存储系统(9)氢气储存的合理容量为H_ref， 设定所述蓄水池(12)存储 水的设定 值为W3度电； S2： 从所述风力发电系统(1)获得昨天的实际发电量为W3度电、 昨天的预测发电量为W4 度电和今天 发电预测值 为W5度电； S3： 从所述氢气存储系统(9)获得氢气的当前存储量为H0立方米， 从所述抽水储能系统 (11)获得抽水储能容 量为W0度电， 计算出白天输送到电网(40 0)的参考功率P1。 3.根据权利要求2所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， P1＝(W5+W4 ‑W3+(H0‑ H_ref)*K1/7)/ h， 其中， K1为1立方 氢气转换为多少度电， h为白天上网的时间。 4.根据权利要求2所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 所述能量管理系统 (13)执行能量管理方法， 还 包括以下步骤： S4： 从所述第一DC/DC变换器(3)获得所述直流母线(200)的电压为V_DC， 并设定所述直 流母线(20 0)的参考电压为V_DC_ref； S5： 判断是否为白天； 如果是白天， 则进入S6： 计算出 上网目标功率P2。 5.根据权利要求4所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， P2＝Kp1*(V_DC ‑V_ DC_ref)+Ki1∑(V_DC ‑V_DC_ref)， 其中， Kp1为第一比例系数， Ki1为第 一积分系数， 如果P2 小于0， 则P2＝0 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115528734 A 26.根据权利要求4所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 所述能量管理系统 (13)执行能量管理方法， 还 包括以下步骤： S7： 设定所述双向DC/C变换器工作在上网模式， 电能从所述直流母线(200)流入电网 (400)， 功率设定值 为P3； S8： 设定所述抽水储能系统(1 1)内部的发电机组和抽水机组工作在待机模式； S9： 判断是否P4 ＝P1‑P3大于0； 当P4大于 0， 则进入S10， 反 之， 则进入S1 1； S10： 设置所述抽水储能系统(1 1)内部的发电机组的功率 为P4， 抽水机组的功率 为0； S11： 设置所述抽水储能系统(11)内部的发电机组的功率为0， 抽水机组的功率为P4， 跳 入S1。 7.根据权利要求6所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 在S7中， 如果P3小于 P2， 则P3＝P3+ △P， 反之， 则P3＝P3 ‑△P， 其中，△P为设定功率变化 斜率。 8.根据权利要求6所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 在S10之后， 所述能量 管理系统(13)执 行能量管理方法， 还 包括以下步骤： S12： 判断是否W0小于W1且H 0大于H1； 当W0小于W1且H 0大于H1时， 跳入S13， 反 之跳入S14； S13： 启动所述燃料电池发电系统(6)， 启动所述第一DC/DC变换器(3)， 启动所述燃料电 池发电系统(6)， 所述燃料电池发电系统(6)的输出功 率为额定功率， 关闭所述第二D C/DC变 换器(4)， 关闭所述电解水制氢系统(7)， 返回S1； S14： 当W0大于W3时， 关 闭所述燃料电池发电系统(6)， 关闭所述第一DC/DC变换器(3)， 返回S1。 9.根据权利要求6所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， 在S5之后， 所述能量 管理系统(13)执 行能量管理方法， 还 包括以下步骤： 如果不是白天， 则进入S15； S15： 判断是否W0小于W3或者H 0小于H_ref； 当W0小于W3或者H 0小于H_ref时， 跳入S16， 否则跳入S19； S16： 设置所述抽水储能系统(11)内部的发电机组的功率为0， 抽水机组的功率为额定 抽水功率； S17： 启动所述燃料电池发电系统(6)， 关闭所述第一DC/DC变换器(3)， 关闭所述燃料电 池发电系统(6)， 启动所述第二DC/DC变换器(4)， 启动所述电解水制氢系统(7)， 所述电解水 制氢系统(7)功率 为额定电解水功率； S18： 计算电能消耗目标功率P5， 设定所述双向DC/AC变换器(5)工作在 能耗模式， 电能 从电网(40 0)流入直 流母线(20 0)， 功率设定值 为P5， 跳入S1； S19： 启动所述燃料电池发电系统(6)， 关闭所述第一DC/DC变换器(3)， 关闭所述燃料电 池发电系统(6)， 关闭所述第二DC/DC变换器(4)， 关闭所述电解水制氢系统(7)， 关闭所述抽 水储能系统(1 1)， 跳入S1。 10.根据权利要求9所述的风能与氢能耦合供电系统， 其特征在于， P5＝Kp2*(V_DC_ ref‑V_DC)+Ki2∑(V_DC_ref ‑V_DC)， 其中， Kp2为第 二比例系数， Ki2为第二积分系数， 如果 P5小于0， 则P5＝0 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115528734 A 3