CN113193645A - 一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，根据电网输入端电压值判断电网电压状态，若电网有电压，则进入电网模式；在电网模式时根据储能单元的SOC值进行供电切换；若电网无电压，则进一步判断前一跨步时间是否有电压，若前一跨步时间前有电压，则进入断电模式；在断电模式时，通过氢燃料电池功率和储能单元的SOC值进行供电调节；若前一跨步时间前无电压，进入离网模式；在离网模式时，通过储能单元的SOC值、负载功率和氢燃料电池功率和进行供电调节。本发明在电网断电时迅速提供电能，控制精度高，且能实现不同类型储能单元的阈值SOC值自动整定，具有较好的控制性能；能够保证氢燃料电池应急供电系统的运行与环境相互匹配。

Description

一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法。

背景技术

医院、学校、政府部门等重要场所的正常供电是极为重要的，当电网停电时，应立即启动应急供电系统快速恢复用电，提供较大功率的直流/交流电源，持续保证电能的供应，保障重要场所正常运转。此外，应急供电系统也常常用在雨雪、地震、洪水等重大抢险救灾现场。

常见的应急供电装置主要有蓄电池组、柴油机等，但蓄电池组存在重量大、不便于运输、充电速度慢、能量密度不够高等缺点，而柴油机噪音大、且会排放碳烟颗粒物(PM)、烃类(HC)、CO和NOx等对环境有污染的物质。现有的应急供电装置无法在电网断电时迅速提供电能，相应实时性差，控制精度低，控制性能差，无法保证氢燃料电池应急供电系统的运行与环境相互匹配。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，能够在电网断电时迅速提供电能，控制精度高，且能实现不同类型储能单元的阈值SOC值自动整定，具有较好的控制性能；能够保证氢燃料电池应急供电系统的运行与环境相互匹配。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，氢燃料电池应急供电系统包括电网输入端、氢燃料电池、双向DC/AC变换器、断电切换器、电网输出端、储能单元、负载和主控单元，其中氢燃料电池功率输出端与储能单元功率输出端并联后，连接到双向DC/AC变换器输入端，双向DC/AC变换器输出端连接到断电切换器输入侧B接口，断电切换器输入侧A接口与电网接通；断电切换器输出端C连接负载或电网后端；氢燃料电池、储能单元、断电切换器均与主控单元通过网络进行交互；

其控制方法包括步骤：

主控单元检测电网输入端的电压；

根据电网输入端电压值判断电网电压状态，若电网有电压，则进入电网模式；在电网模式时根据储能单元的SOC值进行供电切换；

若电网无电压，则进一步判断前一跨步时间是否有电压，若前一跨步时间前有电压，则进入断电模式；在断电模式时，通过氢燃料电池功率和储能单元的SOC值进行供电调节；

若前一跨步时间前无电压，进入离网模式；在离网模式时，通过储能单元的SOC值、负载功率和氢燃料电池功率和进行供电调节。

进一步的是，将所述储能单元的SOC值判断区间根据四个阈值X1、X2、X3、X4进行划分构成5个SOC值区间，0<X1<X2<X3<X4<1；

其中，低于X1时储能单元为疾病状态区间，必须立即给储能单元6充电；X1与X2之间储能单元为欠健康状态区间，给储能单元充电；X2与X3之间为储能单元的最佳SOC值区间，性能最佳；X3与X4之间储能单元为欠健康状态，给储能单元放电；大于X4时储能单元为疾病状态，给储能单元放电。通过这5个SOC值区间，能覆盖储能单元6的所有SOC值范围，且将储能单元6的工作状态产生更精确的约束，利于保持储能单元6的工作性能。

进一步的是，所述电网模式包括，通过电网直接对负载供电，无需氢燃料电池发电；可减少氢燃料电池的工作时间，节省氢气燃料，延长系统寿命；通过电网给储能单元充电或由储能单元对负载供电，保证储能单元6的SOC值在X2与X3之间，从而保证储能单元的性能和寿命。

电网模式的控制策略包括步骤：

首先检测储能单元的SOC值，当储能单元的SOC值处于[X2，X3]，主控单元向断电切换器发送信号，使断电切换器接通电网和负载(A、C端口接通)，且断开氢燃料电池和储能单元构成的供电机构(A、B端口断开)，使氢燃料电池和储能单元均与电网断开，此时由电网直接给负载供电；

当主控单元检测到储能单元的SOC值低于X2时，表明储能单元需进行充电，此时主控单元向断电切换器发送换端指令，使断电切换器接通电网和负载(A、C端口接通)，且接通氢燃料电池和储能单元构成的供电机构至电网(A、B端口接通)，由电网为储能单元充电，提高储能单元的SOC值；

当主控单元检测到储能单元的SOC值高于X3时，储能单元需进行放电；主控单元向断电切换器发送信号，使断电切换器断开电网和负载(A、C端口断开)，使断电切换器接通氢燃料电池和储能单元构成的供电机构至负载(B、C端口接通)，由储能单元向负载供电；

在根据SOC值对断电切换器的端口控制之后，进一步判断电网输入端是否有电压，若有电压，则循环检测储能单元的当前SOC值，否则退出电网模式。

进一步的是，所述断电模式下，由氢燃料电池应急供电系统对负载供电，以保证负载的正常工作；且氢燃料电池应急供电系统根据负载的需求功率和储能单元的SOC值实时调整发电功率，以保证不浪费氢燃料，使氢燃料电池应急供电系统与负载的匹配度达到最佳。

断电模式的控制策略包括步骤：

主控单元检测到电网输入端的电压降低至阈值X1时，立即控制断电切换器从电网和负载接通(A、C接通)的状态切换为氢燃料电池和储能单元构成的供电机构至负载接通的模式(B、C接通)；此时由储能单元向氢燃料电池系统供电，保证其正常启动和运行；

氢燃料电池按最小功率启动后，对外输出直流电，此时一部分电能经由双向DC/AC变换器逆变为交流电后输出至负载，若有剩余的电能则输出至储能单元；

氢燃料电池的发电功率受主控单元控制，启动时以最小稳定发电功率启动，之后实时检测储能单元的SOC值，根据负载功率和储能单元的SOC值计算出对氢燃料电池的请求功率并发送至氢燃料电池；

若氢燃料电池产生的瞬时功率过大，由储能单元存储，若氢燃料电池产生的瞬时功率过小，由储能单元同时向负载提供一部分能量；

主控单元实时检测电网输入端是否无电压，若保持无电网电压，即循环检测储能单元的SOC值，否则退出断电模式。

进一步的是，所述断电模式下，当氢燃料电池应急供电系统工作时，根据负载功率和储能单元的SOC值来判断由储能单元供电、氢燃料电池供电或是储能单元+氢燃料电池共同供电，以减少氢燃料电池的启动次数，节省氢燃料，提高氢燃料电池应急供电系统的寿命；

离网模式的控制策略包括步骤：

主控单元控制断电切换器断开电网和负载(A、C端口断开)，同时接通氢燃料电池和储能单元构成的供电机构至负载(B、C端口接通)；

主控单元检测负载功率和储能单元的SOC值；

判断负载功率是否小于1kW且储能单元SOC值大于X2；

若满足条件则判断电网输入端是否无电压；

若不满足条件则按最小功率启动氢燃料电池，并根据负载功率和储能单元的SOC值计算对氢燃料电池的请求功率，将请求功率发送给氢燃料电池后检测电网输入端是否无电压；

若电网保持无电压，则循环检测储能单元的SOC值，否则退出离网模式。

进一步的是，SOC值的阈值确定方式为：每次主控单元重新上电后，主控单元进行自学习，主控单元实时检测双向DC/AC输出端电压，当低于额定母线电压的15％时，视为疾病欠电压，记录此时储能单元的SOC值作为X1；当低于额定母线电压的10％时，视为普通欠电压，记录此时储能单元的SOC值作为X2；当高于额定母线电压的10％时，视为过电压，记录此时储能单元的SOC值作为X3，当高于额定母线电压的15％时，视为疾病过电压，记录此时储能单元的SOC值值作为X4。

进一步的是，所述主控单元实时采集氢燃料电池应急供电系统内各部件运行参数，存储至内部Micro-SD，并通过5G网络定时传输回氢燃料电池应急供电系统管理后台；其中传输的主要参数包括：电网电压、储氢系统温度、储氢系统SOC值、氢燃料电池输出功率、储能单元SOC值、氢燃料电池温度、储能单元温度、氢燃料电池运行状态、双向DC/AC变换器运行状态、负载功率；此外，氢燃料电池应急供电系统接收从管理后台发来的开关机指令、请求功率信号。

另一方面，本发明还提供了一种氢燃料电池应急供电系统，包括电网输入端、氢燃料电池、双向DC/AC变换器、断电切换器、电网输出端、储能单元、负载和主控单元，其中氢燃料电池功率输出端与储能单元功率输出端并联后，连接到双向DC/AC变换器输入端，双向DC/AC变换器输出端连接到断电切换器输入侧B接口，断电切换器输入侧A接口与电网接通；断电切换器输出端C连接负载或电网后端；氢燃料电池、储能单元、断电切换器均与主控单元通过网络进行交互。

进一步的是，所述主控单元对氢燃料电池的运行状态存入本地Micro-SD存储，并通过5G网络定时与氢燃料电池应急供电系统管理后台进行数据交互。

进一步的是，氢燃料电池、储能单元、断电切换器均与主控单元通过CAN网络进行交互。

采用本技术方案的有益效果：

在本发明中根据负载的需求功率和储能单元的SOC值实时调整发电功率，保证氢燃料电池应急供电系统的运行与环境相互匹配。通过本发明提供的控制方法结合本发明提出的应急供电系统，能够在电网断电时迅速提供电能，控制精度高，且能实现不同类型储能单元的阈值SOC值自动整定，具有较好的控制性能；能够自动根据外界条件智能判断运行模式，在电网断电时能立即启动应急供电系统产生电能，且还能作为离网模式用于需频繁移动的场所。

本发明中通过对储能单元的SOC值判断区间根据四个阈值X1、X2、X3、X4进行划分构成5个SOC值区间，同时通过储能单元的SOC值区间进行氢燃料电池应急供电系统的供电调整，能够实现对不同类型储能单元的阈值SOC值参数自动适应，能提高应急供电系统的设备兼容性。

本发明采用了氢燃料电池应急供电系统，具有功率大、控制精确、便于运输、能量回充快、能量密度高且无污染的优点，且仅需通过增加氢气瓶就能显著提高系统的续航时间；布置此系统的场所无需对电网进行大量改动，即可实现轻松部署和拆除；此系统还能通过5G网络将数据回传或接收来自于云端的控制指令，无需人工现场值守操作，能广泛用于医院、学校、政府部门等重要场所或雨雪、地震、洪水等重大抢险救灾现场的应急供电。

附图说明

图1为本发明的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例中电网模式方法流程示意图；

图3为本发明实施例中断电模式方法流程示意图；

图4为本发明实施例中离网模式方法流程示意图；

图5为本发明实施例中一种氢燃料电池应急供电系统的结构示意图；

其中，1是电网输入端，2是氢燃料电池，3是双向DC/AC变换器，4是断电切换器，5是电网输出端，6是储能单元，7是负载。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1和5所示，本发明提出了一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其中氢燃料电池应急供电系统包括电网输入端1、氢燃料电池2、双向DC/AC变换器3、断电切换器4、电网输出端5、储能单元6、负载7和主控单元，其中氢燃料电池2功率输出端与储能单元6功率输出端并联后，连接到双向DC/AC变换器3输入端，双向DC/AC变换器3输出端连接到断电切换器4输入侧B接口，断电切换器4输入侧A接口与电网接通；断电切换器4输出端C连接负载7或电网后端；氢燃料电池2、储能单元6、断电切换器4均与主控单元通过网络进行交互；

基于上述氢燃料电池应急供电系统的控制方法包括步骤：

主控单元检测电网输入端1的电压；

根据电网输入端1电压值判断电网电压状态，若电网有电压，则进入电网模式；在电网模式时根据储能单元6的SOC值进行供电切换；

若电网无电压，则进一步判断前一跨步时间是否有电压，若前一跨步时间前有电压，则进入断电模式；在断电模式时，通过氢燃料电池2功率和储能单元6的SOC值进行供电调节；

若前一跨步时间前无电压，进入离网模式；在离网模式时，通过储能单元6的SOC值、负载7功率和氢燃料电池2功率和进行供电调节。

作为上述实施例的优化方案1，将所述储能单元6的SOC值判断区间根据四个阈值X1、X2、X3、X4进行划分构成5个SOC值区间，0<X1<X2<X3<X4<1；

其中，低于X1时储能单元6为疾病状态区间，必须立即给储能单元6充电；X1与X2之间储能单元6为欠健康状态区间，给储能单元6充电；X2与X3之间为储能单元6的最佳SOC值区间，性能最佳；X3与X4之间储能单元6为欠健康状态，给储能单元6放电；大于X4时储能单元6为疾病状态，给储能单元6放电。通过这5个SOC值区间，能覆盖储能单元6的所有SOC值范围，且将储能单元6的工作状态产生更精确的约束，利于保持储能单元6的工作性能。

优选的，SOC值的阈值确定方式为：每次主控单元重新上电后，主控单元进行自学习，主控单元实时检测双向DC/AC输出端电压，当低于额定母线电压的15％时，视为疾病欠电压，记录此时储能单元6的SOC值作为X1；当低于额定母线电压的10％时，视为普通欠电压，记录此时储能单元6的SOC值作为X2；当高于额定母线电压的10％时，视为过电压，记录此时储能单元6的SOC值作为X3，当高于额定母线电压的15％时，视为疾病过电压，记录此时储能单元6的SOC值值作为X4。

作为上述实施例的优化方案2，如图2所示，所述电网模式包括，通过电网直接对负载7供电，无需氢燃料电池2发电；可减少氢燃料电池2的工作时间，节省氢气燃料，延长系统寿命；通过电网给储能单元6充电或由储能单元6对负载7供电，保证储能单元6的SOC值在X2与X3之间，从而保证储能单元6的性能和寿命。

电网模式的控制策略包括步骤：

首先检测储能单元6的SOC值，当储能单元6的SOC值处于[X2，X3]，主控单元向断电切换器4发送信号，使断电切换器4接通电网和负载7A、C端口接通，且断开氢燃料电池2和储能单元6构成的供电机构A、B端口断开，使氢燃料电池2和储能单元6均与电网断开，此时由电网直接给负载7供电；

当主控单元检测到储能单元6的SOC值低于X2时，表明储能单元6需进行充电，此时主控单元向断电切换器4发送换端指令，使断电切换器4接通电网和负载7(A、C端口接通)，且接通氢燃料电池2和储能单元6构成的供电机构至电网(A、B端口接通)，由电网为储能单元6充电，提高储能单元6的SOC值；

当主控单元检测到储能单元6的SOC值高于X3时，储能单元6需进行放电；主控单元向断电切换器4发送信号，使断电切换器4断开电网和负载7(A、C端口断开)，使断电切换器4接通氢燃料电池2和储能单元6构成的供电机构至负载7(B、C端口接通)，由储能单元6向负载7供电；

在根据SOC值对断电切换器4的端口控制之后，进一步判断电网输入端1是否有电压，若有电压，则循环检测储能单元6的当前SOC值，否则退出电网模式。

作为上述实施例的优化方案3，如图3所示，所述断电模式下，由氢燃料电池应急供电系统对负载7供电，以保证负载7的正常工作；且氢燃料电池应急供电系统根据负载7的需求功率和储能单元6的SOC值实时调整发电功率，以保证不浪费氢燃料，使氢燃料电池应急供电系统与负载7的匹配度达到最佳。

断电模式的控制策略包括步骤：

主控单元检测到电网输入端1的电压降低至阈值X1时，立即控制断电切换器4从电网和负载7接通(A、C接通)的状态切换为氢燃料电池2和储能单元6构成的供电机构至负载7接通的模式(B、C接通)；此时由储能单元6向氢燃料电池系统供电，保证其正常启动和运行；

氢燃料电池2按最小功率启动后，对外输出直流电，此时一部分电能经由双向DC/AC变换器3逆变为交流电后输出至负载7，若有剩余的电能则输出至储能单元6；

氢燃料电池2的发电功率受主控单元控制，启动时以最小稳定发电功率启动，之后实时检测储能单元6的SOC值，根据负载7功率和储能单元6的SOC值计算出对氢燃料电池2的请求功率并发送至氢燃料电池2；

若氢燃料电池2产生的瞬时功率过大，由储能单元6存储，若氢燃料电池2产生的瞬时功率过小，由储能单元6同时向负载7提供一部分能量；

主控单元实时检测电网输入端1是否无电压，若保持无电网电压，即循环检测储能单元6的SOC值，否则退出断电模式。

作为上述实施例的优化方案4，如图3所示，所述断电模式下，当氢燃料电池应急供电系统工作时，根据负载7功率和储能单元6的SOC值来判断由储能单元6供电、氢燃料电池2供电或是储能单元6+氢燃料电池2共同供电，以减少氢燃料电池2的启动次数，节省氢燃料，提高氢燃料电池应急供电系统的寿命；

离网模式的控制策略包括步骤：

主控单元控制断电切换器4断开电网和负载7(A、C端口断开)，同时接通氢燃料电池2和储能单元6构成的供电机构至负载7(B、C端口接通)；

主控单元检测负载7功率和储能单元6的SOC值；

判断负载7功率是否小于1kW且储能单元6SOC值大于X2；

若满足条件则判断电网输入端1是否无电压；

若不满足条件则按最小功率启动氢燃料电池2，并根据负载7功率和储能单元6的SOC值计算对氢燃料电池2的请求功率，将请求功率发送给氢燃料电池2后检测电网输入端1是否无电压；

若电网保持无电压，则循环检测储能单元6的SOC值，否则退出离网模式。

作为上述实施例的优化方案5，所述主控单元实时采集氢燃料电池应急供电系统内各部件运行参数，存储至内部Micro-SD，并通过5G网络定时传输回氢燃料电池应急供电系统管理后台；其中传输的主要参数包括：电网电压、储氢系统温度、储氢系统SOC值、氢燃料电池2输出功率、储能单元6SOC值、氢燃料电池2温度、储能单元6温度、氢燃料电池2运行状态、双向DC/AC变换器3运行状态、负载7功率；此外，氢燃料电池应急供电系统接收从管理后台发来的开关机指令、请求功率信号。

为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图5所示，本发明还提供了一种氢燃料电池应急供电系统，包括电网输入端1、氢燃料电池2、双向DC/AC变换器3、断电切换器4、电网输出端5、储能单元6、负载7和主控单元，其中氢燃料电池2功率输出端与储能单元6功率输出端并联后，连接到双向DC/AC变换器3输入端，双向DC/AC变换器3输出端连接到断电切换器4输入侧B接口，断电切换器4输入侧A接口与电网接通；断电切换器4输出端C连接负载7或电网后端；氢燃料电池2、储能单元6、断电切换器4均与主控单元通过网络进行交互。

优选的，所述主控单元对氢燃料电池2的运行状态存入本地Micro-SD存储，并通过5G网络定时与氢燃料电池应急供电系统管理后台进行数据交互。控制器与本地部件均采用CAN网络通信，与云端采用5G网络通信，能实现云端数据监控和云端控制指令下发，且能在传输过程中保证极高的实时性。

优选的，氢燃料电池2、储能单元6、断电切换器4均与主控单元通过CAN网络进行交互。

配备此氢燃料电池应急供电系统，可以在电网正常供电时不干扰电网的运行，且对电网的改造难度较小；当电网断电时能根据需求功率与储能单元6SOC及时对外提供电力，当长期无电网供电的情况下提供备用电源，各模式间的切换迅速而高效，且其功率可根据需求实时调节；主控单元能通过检测双向DC/AC输出端电压实现储能单元6SOC阈值自动整定，具有较好的兼容性。此外，本发明的氢燃料电池应急供电系统具有加氢速度快、噪音小、不污染环境、易于运输等优点，且能通过5G网络进行数据监测与控制，无需人工值守。极其适用于学校、医院、政府机构等场所或雨雪、地震、洪水等自然灾害应急救援。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，氢燃料电池应急供电系统包括电网输入端(1)、氢燃料电池(2)、双向DC/AC变换器(3)、断电切换器(4)、电网输出端(5)、储能单元(6)、负载(7)和主控单元，其中氢燃料电池(2)功率输出端与储能单元(6)功率输出端并联后，连接到双向DC/AC变换器(3)输入端，双向DC/AC变换器(3)输出端连接到断电切换器(4)输入侧B接口，断电切换器(4)输入侧A接口与电网接通；断电切换器(4)输出端C连接负载(7)或电网后端；氢燃料电池(2)、储能单元(6)、断电切换器(4)均与主控单元通过网络进行交互；

其控制方法包括步骤：

主控单元检测电网输入端(1)的电压；

根据电网输入端(1)电压值判断电网电压状态，若电网有电压，则进入电网模式；在电网模式时根据储能单元(6)的SOC值进行供电切换；

若电网无电压，则进一步判断前一跨步时间是否有电压，若前一跨步时间前有电压，则进入断电模式；在断电模式时，通过氢燃料电池(2)功率和储能单元(6)的SOC值进行供电调节；

若前一跨步时间前无电压，进入离网模式；在离网模式时，通过储能单元(6)的SOC值、负载(7)功率和氢燃料电池(2)功率和进行供电调节。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，将所述储能单元(6)的SOC值判断区间根据四个阈值X1、X2、X3、X4进行划分构成5个SOC值区间，0<X1<X2<X3<X4<1；

其中，低于X1时储能单元(6)为疾病状态区间，必须立即给储能单元(6)充电；X1与X2之间储能单元(6)为欠健康状态区间，给储能单元(6)充电；X2与X3之间为储能单元(6)的最佳SOC值区间，性能最佳；X3与X4之间储能单元(6)为欠健康状态，给储能单元(6)放电；大于X4时储能单元(6)为疾病状态，给储能单元(6)放电。

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，所述电网模式包括，通过电网直接对负载(7)供电，无需氢燃料电池(2)发电；通过电网给储能单元(6)充电或由储能单元(6)对负载(7)供电；

电网模式的控制策略包括步骤：

首先检测储能单元(6)的SOC值，当储能单元(6)的SOC值处于[X2，X3]，主控单元向断电切换器(4)发送信号，使断电切换器(4)接通电网和负载(7)，且断开氢燃料电池(2)和储能单元(6)构成的供电机构，使氢燃料电池(2)和储能单元(6)均与电网断开，此时由电网直接给负载(7)供电；

当主控单元检测到储能单元(6)的SOC值低于X2时，表明储能单元(6)需进行充电，此时主控单元向断电切换器(4)发送换端指令，使断电切换器(4)接通电网和负载(7)，且接通氢燃料电池(2)和储能单元(6)构成的供电机构至电网，由电网为储能单元(6)充电，提高储能单元(6)的SOC值；

当主控单元检测到储能单元(6)的SOC值高于X3时，储能单元(6)需进行放电；主控单元向断电切换器(4)发送信号，使断电切换器(4)断开电网和负载(7)，使断电切换器(4)接通氢燃料电池(2)和储能单元(6)构成的供电机构至负载(7)，由储能单元(6)向负载(7)供电；

在根据SOC值对断电切换器(4)的端口控制之后，进一步判断电网输入端(1)是否有电压，若有电压，则循环检测储能单元(6)的当前SOC值，否则退出电网模式。

4.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，所述断电模式下，由氢燃料电池应急供电系统对负载(7)供电，且氢燃料电池应急供电系统根据负载(7)的需求功率和储能单元(6)的SOC值实时调整发电功率。

断电模式的控制策略包括步骤：

主控单元检测到电网输入端(1)的电压降低至阈值X1时，立即控制断电切换器(4)从电网和负载(7)接通的状态切换为氢燃料电池(2)和储能单元(6)构成的供电机构至负载(7)接通的模式；此时由储能单元(6)向氢燃料电池系统供电，保证其正常启动和运行；

氢燃料电池(2)按最小功率启动后，对外输出直流电，此时一部分电能经由双向DC/AC变换器(3)逆变为交流电后输出至负载(7)，若有剩余的电能则输出至储能单元(6)；

氢燃料电池(2)的发电功率受主控单元控制，启动时以最小稳定发电功率启动，之后实时检测储能单元(6)的SOC值，根据负载(7)功率和储能单元(6)的SOC值计算出对氢燃料电池(2)的请求功率并发送至氢燃料电池(2)；

若氢燃料电池(2)产生的瞬时功率过大，由储能单元(6)存储，若氢燃料电池(2)产生的瞬时功率过小，由储能单元(6)同时向负载(7)提供一部分能量；

主控单元实时检测电网输入端(1)是否无电压，若保持无电网电压，即循环检测储能单元(6)的SOC值，否则退出断电模式。

5.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，所述断电模式下，当氢燃料电池应急供电系统工作时，根据负载(7)功率和储能单元(6)的SOC值来判断由储能单元(6)供电、氢燃料电池(2)供电或是储能单元(6)+氢燃料电池(2)共同供电；

离网模式的控制策略包括步骤：

主控单元控制断电切换器(4)断开电网和负载(7)，同时接通氢燃料电池(2)和储能单元(6)构成的供电机构至负载(7)；

主控单元检测负载(7)功率和储能单元(6)的SOC值；

判断负载(7)功率是否小于1kW且储能单元(6)SOC值大于X2；

若满足条件则判断电网输入端(1)是否无电压；

若不满足条件则按最小功率启动氢燃料电池(2)，并根据负载(7)功率和储能单元(6)的SOC值计算对氢燃料电池(2)的请求功率，将请求功率发送给氢燃料电池(2)后检测电网输入端(1)是否无电压；

若电网保持无电压，则循环检测储能单元(6)的SOC值，否则退出离网模式。

6.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，SOC值的阈值确定方式为：每次主控单元重新上电后，主控单元进行自学习，主控单元实时检测双向DC/AC输出端电压，当低于额定母线电压的15％时，视为疾病欠电压，记录此时储能单元(6)的SOC值作为X1；当低于额定母线电压的10％时，视为普通欠电压，记录此时储能单元(6)的SOC值作为X2；当高于额定母线电压的10％时，视为过电压，记录此时储能单元(6)的SOC值作为X3，当高于额定母线电压的15％时，视为疾病过电压，记录此时储能单元(6)的SOC值值作为X4。

7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池应急供电系统的控制方法，其特征在于，所述主控单元实时采集氢燃料电池应急供电系统内各部件运行参数，存储至内部Micro-SD，并通过5G网络定时传输回氢燃料电池应急供电系统管理后台；其中传输的主要参数包括：电网电压、储氢系统温度、储氢系统SOC值、氢燃料电池(2)输出功率、储能单元(6)SOC值、氢燃料电池(2)温度、储能单元(6)温度、氢燃料电池(2)运行状态、双向DC/AC变换器(3)运行状态、负载(7)功率；此外，氢燃料电池应急供电系统接收从管理后台发来的开关机指令、请求功率信号。

8.一种氢燃料电池应急供电系统，其特征在于，包括电网输入端(1)、氢燃料电池(2)、双向DC/AC变换器(3)、断电切换器(4)、电网输出端(5)、储能单元(6)、负载(7)和主控单元，其中氢燃料电池(2)功率输出端与储能单元(6)功率输出端并联后，连接到双向DC/AC变换器(3)输入端，双向DC/AC变换器(3)输出端连接到断电切换器(4)输入侧B接口，断电切换器(4)输入侧A接口与电网接通；断电切换器(4)输出端C连接负载(7)或电网后端；氢燃料电池(2)、储能单元(6)、断电切换器(4)均与主控单元通过网络进行交互。

9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池应急供电系统，其特征在于，所述主控单元对氢燃料电池(2)的运行状态存入本地Micro-SD存储，并通过5G网络定时与氢燃料电池应急供电系统管理后台进行数据交互。

10.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池应急供电系统，其特征在于，氢燃料电池(2)、储能单元(6)、断电切换器(4)均与主控单元通过CAN网络进行交互。

Images