(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 202211208738.8 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 国网上海市电力公司 地址 200122 上海市浦东 新区源深路1 122 号 (72)发明人 卢婧婧　黄晨宏　马小丽　颜华敏　 任明珠　肖远兵　李林锐　殷珉　 周珺　王民强　郑真　李建宁　 黄一楠　马晔晖　窦真兰　张春雁　 赵慧荣　彭道刚　姚禹琦　 (74)专利代理 机构 上海兆丰知识产权代理事务 所(有限合 伙) 31241 专利代理师 章蔚强 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01)G06Q 50/06(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容 量优化配 置方法 (57)摘要 本发明公开了一种计及氢能汽车的氢能综 合能源系统容量优化配置方法， 包括步骤1： 构建 以光伏、 光热高效产能为主体， 以氢能为主要能 量转换和存储媒介， 且考虑家用氢能汽车作为氢 负荷的供能系统架构； 步骤2： 分析系统中各设备 的能量耦合关系和运行特性， 建立设备模型； 步 骤3： 了解住宅终端用能形式和家用车辆的出行 需求， 制定氢能汽车日出行计划； 步骤4： 建立以 等年值投资费用最低为目标函数的容量优化配 置模型； 步骤5： 利用CPLEX求解系统最佳容量配 置方案， 并以年总投资节约率、 可再生能源消纳 率作为评价指标考察优化效益。 本发 明能够实现 考虑氢能接入的经过优化的综合能源配 置。 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 CN 115511190 A 2022.12.23 CN 115511190 A 1.一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤1： 构建以光伏、 光热高效产能为主体， 以氢能为主要能量转换和存储媒介， 且考虑 家用氢能汽车作为氢负荷的供能系统架构； 步骤2： 分析系统中各设备的能量耦合关系和运行 特性， 建立设备模型； 步骤3： 了解住宅终端用能形式和家用车辆的出行需求， 结合概率模型和数据统计制定 氢能汽车日出 行计划； 步骤4： 建立以等年值投资费用最低为目标函数， 以设备最大容量、 供能可靠性、 储能设 备充放状态唯一 等为约束条件的容 量优化配置模型； 步骤5： 利用CPLEX求解系统最佳容量配置方案， 并以年总投资节约率、 可再生能源消纳 率作为评价指标考 察优化效益。 2.根据权利要求1所述的一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法， 其特征在于， 所述 步骤1具体包括： 供能系统架构由可再生能源供能单元、 电氢耦合单元和储能单元组成， 考虑满足家庭 住宅电、 热、 氢负荷需求， 其中可再生能源供能单元由光伏设备和光热设备组成， 将光伏发 电方阵安装在建筑的围护结构 外表面来提供电力， 光热设备主要采用太阳能光热板集热器 为建筑用户提供生活热水等所需热能； 电氢耦合单元 由电解槽和燃料电池组成， 在光伏资 源充足的条件下， 电解槽利用多余电能电解水制氢， 将燃料电池作为原动机， 使其吸收氢气 为建筑供电， 同时将燃料电池工作时产生的余热进 行回收， 补充建筑的热负荷需求； 储能单 元由蓄电池、 蓄热 罐和储氢 罐组成， 在系统中起到能量储 存和调节作用。 3.根据权利要求1所述的一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法， 其特征在于， 所述 步骤2具体包括： 对于光伏设备， 光伏发电方阵的出力受限于当地太阳辐射量和可安装面积， 其输出功 率即发电功率， 如式(1)、 (2)所示： PPV(t)＝PPV,e(t) (1) PPV,e(t)＝G(t) ·APV·λPV (2) 式中： PPV(t)为光伏方阵输出功率， kW； PPV,e(t)为光伏方阵发电功率， kW； G(t)为太阳辐 射， kW/m2； APV为光伏发电方阵面积， m2； λPV为光伏方阵发电效率， ％； 对于光热设备， 太阳能光热板集热器出力特性与光伏方阵相仿， 其输出功率即发热功 率， 如式(3)、 (4)所示： Psp(t)＝Psp,h(t) (3) Psp,h(t)＝G(t) ·Asp·λsp (4) 式中： Psp(t)为光热板输出功率， kW； Psp,h(t)为光热板发热功率， kW； Asp为光热板面积， m2； λsp为光热板发热效率， ％； 对于电解槽， 电解槽出力根据电能供需关系确定， 当光伏有多余电力供应时启动， 将富 余的电能转换为氢气。 其输出功率即产氢功率， 如式(5)所示： Pet(t)＝Pet,h2(t)＝ ηetPet,e(t) (5) 式中： Pet(t)为电解槽输出功率， kW； Pet,h2(t)为电解槽产氢功率， kW； ηet为转换效 率， ％； Pet,e(t)为电解槽消耗的电功率， k W；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115511190 A 2对于燃料电池， 燃料电池的输出功率为发电功率和发热功率的总和， 其氢气燃料来源 于储氢罐中满足氢负荷后的余氢， 其发电量受制 于装机容量， 余热回收量与发电量成线性 关系， 如式(6) ‑(8)所示： Pfc(t)＝Pfc,e(t)+Pfc,h(t)  (6) Pfc,e(t)＝ ηfc,ePfc,h2(t)  (7) 式中： Pfc(t)为燃料电池输出功率， kW； Pfc,e(t)为燃料电池发电功率， kW； Pfc,h(t)为燃料 电池发热功率， kW； ηfc,e为燃料电池的发电效率， ％； Pfc,h2(t)为燃料电池耗氢功率， kW； ηfc,h 为燃料电池的余热回收效率， ％； 对于蓄电池， 蓄电池、 蓄热罐、 储氢罐三种储能设备的出力原理相仿， 任意时段的储能 量等于前一时刻储能量与本时间段充放能差值之和， 其中蓄电池的设备模型如式(9)所示： 式中： Pes(t+1)为蓄电池在 t+1时段的蓄电量， kW； Pes(t)为蓄电池在 t时段的蓄电量， kW； εes为蓄电池的自放电率， ％； Pes,in(t)为蓄电池在t时段的充电功率， kW； ηes,in为蓄电池的充 电效率， ％； Pes,out(t)为蓄电池在t时段的放电功率， k W； ηes,out为蓄电池的放电效率， ％； 对于蓄热 罐， 蓄热罐模型如式(10)所示： 式中： Pts(t+1)为蓄热罐在 t+1时段的蓄热量， kW； Pts(t)为蓄热罐在 t时段的蓄热量， kW； εts为蓄热罐的热耗散率， ％； Pts,in(t)为蓄热罐在t时段的充热功率， kW； ηts,in为蓄热罐的充 热效率， ％； Pts,out(t)为蓄热 罐在t时段的放热功率， k W； ηts,out为蓄热罐的放热效率， ％； 对于储氢 罐， 储氢罐模型如式(1 1)所示： 式中： Phs(t+1)为储氢罐在 t+1时段的储氢量， kW； Phs(t)为储氢罐在 t时段的储氢量， kW； εhs为储氢罐的氢耗散率， ％； Phs,in(t)为储氢罐在t时段的充氢功率， kW； ηhs,in为储氢罐的充 氢效率， ％； Phs,out(t)为储氢 罐在t时段的放氢功率， k W； ηhs,out为储氢罐的放氢效率， ％。 4.根据权利要求1所述的一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法， 其特征在于， 所述 步骤3具体包括： 针对家庭独栋住宅进行终端用能形式分析， 住宅属于居住建筑， 将其能耗分为空调、 电 器、 照明、 炊事以及生活热水， 其中空调、 电器、 照明归于电耗范围， 炊事及生活热水归于热 耗范围； 同时， 考虑到未来社区中氢能汽车的使用， 住宅增设氢能私家车作为建筑氢负荷， 并利用电解槽和储氢罐作为制氢和储氢设备， 依据家用汽车日行驶距离和日末返程时间的 概率模型及数据统计分析 氢能汽车的用能需求。 5.根据权利要求1所述的一种计及氢能汽车的氢能综合能源系统容量优化配置方法， 其特征在于， 所述 步骤4具体包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115511190 A 3