本發明涉及電解制氫結溫均衡，具體涉及一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡方法和系統。

背景技術：

1、氫能具有清潔、環保、能量密度高、適用范圍廣等優點。然而，現有的電解制氫系統涉及多個電力電子控制環節，導致系統效率和可靠性低，控制復雜；現有的傳統pi控制策略響應速度慢，控制效果不佳，影響系統在動態響應和穩態性能；現有的控制策略常忽略變換器內器件結溫分布不均的情況，易導致高負載或者不同工況下系統性能的波動和不穩定，嚴重時會使系統失效，存在安全隱患。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡方法和系統，能夠提升面向電解制氫的多電平變換器的動態響應能力和可靠性。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡方法，包括：

3、基于等效開關函數，設計用于電平矢量選擇的電平函數的評價函數，求解最優電平矢量；

4、利用冗余電壓矢量簡化原理，得到簡化電壓矢量集；

5、利用直流側支撐電容電壓排序，從簡化電壓矢量集中選取最優簡化電壓矢量；

6、利用零矢量開關狀態調整策略，基于結溫數據，動態調整最優簡化電壓矢量中的零矢量開關狀態，實現變換器的結溫均衡。

7、其中，還包括搭建dab型dc/dc變換器等效模型，基于電解制氫功率需求，動態調整占空比，將多電平變換器的h橋型子模塊電能匯總至直流母線，實現制氫。

8、其中,求解最優電平矢量的方式具體為：根據電平函數評價函數，確定最優電平函數所對應的最優電平矢量。

9、其中,得到最優簡化電壓矢量的方式為：結合得到的最優電平矢量、網側電流方向以及各多電平變換器的h橋型子模塊直流側支撐電容電壓排序情況，綜合考慮電壓矢量簡化原理，選擇最優簡化電壓矢量。

10、其中，實現變換器的結溫均衡的具體方式為：判斷各多電平變換器的h橋型子模塊開關函數是否為0，如是，則判斷各多電平變換器的h橋型子模塊中1號igbt和3號igbt的結溫是否高于2號igbt和4號igbt的結溫，如是，根據結溫均衡方法的原理動態調整開關器件零矢量工作狀態為siasib＝00；如否，則維持原零矢量開關狀態siasib＝11；如否，則根據判斷結果，生成每個開關器件相對應的多電平變換器的h橋型子模塊開關狀態，最終實現變換器結溫均衡方法的控制效果，維持原開關狀態。

11、本發明還提供了一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡系統，用于實現本發明所述的結溫均衡方法，包括等效開關函數模塊、冗余電壓矢量簡化模塊、評價函數模塊、直流側支撐電容電壓排序算法模塊和結溫均衡方法模塊；其中，等效開關函數模塊，用于將級聯h橋變換器視為一個整體，建立電平函數；冗余電壓矢量簡化模塊，用于簡化電壓矢量；評價函數模塊，用于預測電平矢量，求解最優電平函數；直流側支撐電容電壓排序算法模塊，用于求解最優簡化電壓矢量；結溫均衡方法模塊，用于動態調整變換器零矢量開關狀態。

12、其中，還包括dab型dc/dc變換器模塊，用于提高直流母線電壓，提升制氫效率；電解制氫模塊，用于電解制氫。

13、有益效果：

14、1.本發明方法可均衡變換器功率器件的結溫，能有效防止某些器件過熱，降低其失效風險，延長變換器的使用壽命；另外可以增強電解制氫系統的可靠性，通過優化溫度分布和降低局部熱點，提高系統的可靠性和穩定性。

15、2.本發明方法能夠確保電解制氫時電能轉換的穩定性和高效性，從而提升整體制氫效率。

16、3.本發明方法中，在多電平變換器中，通過合理分布電壓矢量空間，減少所需的電壓矢量數量，在不影響系統性能的前提下，減少冗余的電壓矢量，實現冗余電壓矢量簡化，通過選擇最優或最具代表性的電壓矢量，減少控制算法的復雜性，同時保持或提高系統性能；用于優化控制策略，提高效率和降低系統復雜性。

17、4.本發明方法中，在多電平變換器中，直流側支撐電容電壓可能會出現不平衡情況，為了保證系統的正常運行，采用電壓排序算法對這些電容電壓進行有效的控制和均衡，基本思想是根據支撐電容的電壓值進行排序，并依據排序結果選擇適當的電壓矢量，以實現直流側支撐電容電壓的均衡和穩定，需通過監測電容電壓、電壓排序、確定電壓矢量、優化目標以及控制策略實現。

18、5.本發明系統中，實現了直流側支撐電容電壓的穩定控制；實現了變換器的結溫均衡和高效制氫。

技術特征：

1.一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括搭建dab型dc/dc變換器等效模型，基于電解制氫功率需求，動態調整占空比，將多電平變換器的h橋型子模塊電能匯總至直流母線，實現制氫。

3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于,求解最優電平矢量的方式具體為：根據電平函數評價函數，確定最優電平函數所對應的最優電平矢量。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于,得到最優簡化電壓矢量的方式為：結合得到的最優電平矢量、網側電流方向以及各多電平變換器的h橋型子模塊直流側支撐電容電壓排序情況，綜合考慮電壓矢量簡化原理，選擇最優簡化電壓矢量。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于,實現變換器的結溫均衡的具體方式為：判斷各多電平變換器的h橋型子模塊開關函數是否為0，如是，則判斷各多電平變換器的h橋型子模塊中1號igbt和3號igbt的結溫是否高于2號igbt和4號igbt的結溫，如是，根據結溫均衡方法的原理動態調整開關器件零矢量工作狀態為siasib＝00；如否，則維持原零矢量開關狀態siasib＝11；如否，則根據判斷結果，生成每個開關器件相對應的多電平變換器的h橋型子模塊開關狀態，最終實現變換器結溫均衡方法的控制效果，維持原開關狀態。

6.一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡系統，其特征在于，用于實現上述權利要求1-5中任一所述的結溫均衡方法，包括等效開關函數模塊、冗余電壓矢量簡化模塊、評價函數模塊、直流側支撐電容電壓排序算法模塊和結溫均衡方法模塊；其中，等效開關函數模塊，用于將級聯h橋變換器視為一個整體，建立電平函數；冗余電壓矢量簡化模塊，用于簡化電壓矢量；評價函數模塊，用于預測電平矢量，求解最優電平函數；直流側支撐電容電壓排序算法模塊，用于求解最優簡化電壓矢量；結溫均衡方法模塊，用于動態調整變換器零矢量開關狀態。

7.如權利要求6所述的系統，其特征在于，還包括dab型dc/dc變換器模塊，用于提高直流母線電壓，提升制氫效率；電解制氫模塊，用于電解制氫。

技術總結
本發明提供了一種用于電解制氫的多電平變換器的結溫均衡方法和系統，能夠提升面向電解制氫的多電平變換器的動態響應能力和可靠性。本發明可均衡變換器功率器件的結溫，能有效防止某些器件過熱，降低其失效風險，延長變換器的使用壽命；另外可以增強電解制氫系統的可靠性，通過優化溫度分布和降低局部熱點，提高系統的可靠性和穩定性。

技術研發人員：史鐵,李陽,劉濤,王曉威,秦宇,王子軒,郭崇
受保護的技術使用者：中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28