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制氢整流电源

文章出处: 人气: 发表时间:2025-09-02 03:10:56

市场上的制氢电源主要有晶闸管整流电源、IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压、二极管整流+IGBT DC/DC调压、高频开关电源等多种技术路线,对于大规模风光储氢应用,从性价比维度看, 晶闸管整流电源是市场必然的选择。

晶闸管整流电源适合用于大电流应用,输出直流电流能力几乎没有上限,且技术成熟,只需根据新能源制氢的特殊条件和应用需求进行专门的系统定义即可。

对于IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压电源方案,国内品牌的技术路线脱胎于风力发电风机变流器以及光伏储能的PCS,国外品牌的技术路线脱胎于低压交流变频器。由于其技术源头本质特性,其功率和电流输出能力本质上受限,功率6MW以下为佳,电流10000安培以下。

二极管整流+IGBT DC/DC调压电源方案,市场上这种路线的技术方案推动者不多,该技术路线脱胎于高压级联变频器以及一般的二极管前端低压交流变频器,变压器采用敞开式干式变压器,功率模块为低压H桥模块由级联改为并联,或二极管前端低压变频器并联。同样地,存在输出功率和电流受限问题。

高频开关电源技术路线在小标方电解水制氢时代被广而用之。各传统电解槽厂家最熟悉的整流器莫过于此。其典型特点为输出电压低(小于100V)、电流大,输出功率小。

大规模风光储氢,其典型特点是负载安装容量大、而供电电源的风光电力波动剧烈。制氢电源既需要能在波动电力供应下满足大功率、大电流的负载需求。面对供电网络,需要满足功率因数高且谐波小的要求。面对负载,需要直流输出纹波小。牵起供电网络和负载的手,需要协调二者的实时动态不平衡。以上为利用大规模风光储氢应用对整流电源的技术需求,另外还要在成本上表现优异,自身效率高节约电力消耗,达到良好的投资回报。

高频开关电源已经淡出了大规模制氢市场应用,二极管整流+IGBT DC/DC调压也不是理想选择。但目前市场上聚焦于晶闸管整流电源、IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压两种技术方案。

这两种技术路线都具有一定的优点和缺点。在决定选用之前,应分析项目的具体应用条件和要求。

晶闸管整流电源基于晶闸管技术,以其稳定性和大电流输出能力而广为人知。晶闸管本身可以通断非常高的电流,并容易实现串并联连接。随着功率和电流上升,通过串并联更多的晶闸管,电压电流输出能力也相应增加。因此,晶闸管整流电源具有理想的电压电流可扩展性。

对于小功率低电压低电流应用,该产品价格通常不具有竞争力,但功率越高,电流越大,采用晶闸管整流电源越好。在功率方面,目前在电解铝应用中通过多机并联,直流电流输出能力能达到数百千安甚至上千千安的输出能力。组件数量少(半导体数量少)和具有简单的电路结构这些特点提供了晶闸管整流电源卓越的可靠性。

晶闸管的开关速度相对较慢(线路侧为5060赫兹),开关损耗较低。该整流电源在满负荷时效率超过99%。连续工作制的大功率整流电源通常采用水冷,以最大限度地减少向周围环境的散热。

晶闸管整流电源的一个缺点是输入功率因数较低(在满载时约为 0.87-0-92,在部分负载下通常会进一步下降)。因此通常需要安装输入滤波器进行补偿。该滤波器具有两个功能:消除(吸收)电流谐波(否则谐波将注入电网),并补偿无功功率(使从电网看到的整体功率因数几乎为一(1.0))。

相比于晶闸管整流电源,IGBT整流+IGBT DC/DC调压电源源头的低压变频器的历史开始得很晚,与晶闸管整流电源不同,IGBT整流+IGBT DC/DC调压是由多个拓扑结构产品构成的一个整体系列产品家族。它们的直流环节都有电容器,提供电压源特性。

2电平低压变频器派生的IGBT整流+IGBT DC/DC调压是非常容易实现的。3电平风机变流器和光伏、储能PCS派生出来的IGBT整流+IGBT DC/DC调压同样如此。IGBT整流+IGBT DC/DC调压功率器件始终是自关断的,这意味着半导体可以通过门单元进行开通和关断。拓扑相当于逆变器(AFE = 有源前端)。

AFE IGBT整流标准具有单位功率因数,甚至作为可选项还提供容性功率因数(无功补偿)。另一方面,IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压电源功率的可扩展性是通过完整变频器并联(硬并联)实现,AFE IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压电源的效率约为 97.5-98.0%

除了上述的 3 电平 NPC 外,IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压家族中还有其它的拓扑,如的级联 H 桥级联改并联的电源形式。

晶闸管整流电源和IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压电源(其本源产品)共存了约 20 多年。虽然IGBT PWM整流+IGBT DC/DC调压获得了越来越多的应用经验并不断提升功率,但晶闸管整流电源仍具有一定的相对优势,使该技术在某些应用中具有吸引力(在技术上和价格上)。


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