数控大功率水电解制氢电源控制系统研究

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该文针对上海宝钢益昌薄板有限公司制氢站多年来存在着安全隐患,严重威胁制氢设备正常运行的现状,对其电源控制装置进行了理论分析和测试,在此基础上,提出采用一种数字控制的大功率制氢电源控制装置,经过控制系统开发和离线、在线调试,从根本上解决了制氢电源控制装置存在的问题.首先,该文通过对矿化燃料制氢和水电解制氢的比较,说明采用水电解制氢具有更大的优越性.接着,建立了水电解制氢的数学模型,在理论分析电源控制系统的基础上,找出影响电源控制系统正常运行的主要原因:分立元件参数的离散性和元件的"零漂"、"温漂",造成的控制系统工作点不稳定,使输出电流波动而使电解槽工作不稳定造成突发性跳机,对安全生产带来十分严重的后果;维修工作量大,故障点查找困难,调试繁琐,无法确保制氢设备运行的稳定性和安全性.然后,提出采用数字控制的大功率制氢电流控制装置来解决存在的问题.经过大量调研,该文采用了SSD-591数字控制器、FCOG6100触发板和ISOVLCV-2调节板为控制核心,通过PLC将控制信号和监测数据进行比较、计算以及上传、下传,并将触摸显示屏作为人机界面设定参数,进行闭环控制.控制、检测信号采用现场级通讯网络.最后,经过实验室测试和现场测试、考核,证明该文提出的控制系统从根本上解决元件参数的离散性而造成的控制系统工作点不稳定等问题,克服了回路中会出现高次谐波的现象,减少了损耗,使效率和功率因数提高,有利于降低运行成本;消除了因元件受环境温度影响使控制系统产生难以抑制的漂移,使系统控制特性变差而形成运行中电流波动造成突发性跳机等问题;方便了故障查找,简化了调试过程,减少了维修工作量;使各类数据集中显示.确保了制氢设备运行的稳定性和安全性,实现了自动化和高效化.既保证了氢气生产的安全顺行,也为老式大功率制氢电源控制装置的改造提供了一条新路.同时,测试结果证明了该文建立的数学模型及选择的模型参数能准确地反映电解槽的实际负荷.通过人机界面和报警功能的设定,同时考虑以TCP/IP协议通过工业以太网加入到基础自动化控制的可能性,为今后实现集中监控,进一步提高氢气生产的安全性、可靠性和稳定性打下了良好的基础.
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