本发明公开了一种电氢耦合供能系统及其优化配置方法、装置、设备，优化配置方法包括：根据电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件，利用每个子系统的设定装机容量和设定开机状态，确定总成本和一次能源总输入量；根据总成本和一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，并根据求解结果不断优化子系统的设定装机容量和设定开机状态，直到获得目标函数的求解结果最小时对应的一组子系统的设定装机容量和在各个时间点的设定开机状态作为电氢耦合供能系统的配置。本申请中能够同时权衡经济目标和环境目标两个不同方面的因素，保证了电氢耦合供能系统的配置的合理性，有利于该电氢耦合供能系统的广泛应用。
1.一种电氢耦合供能系统的优化配置方法，其特征在于，所述电氢耦合供能系统包括多个不同的子系统；所述优化配置方法包括：根据所述电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；
在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量；
根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果；
优化每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态；
根据所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，进行所述电氢耦合供能系统的配置；
确定所述电氢耦合供能系统的总成本的过程包括：根据年化总综合成本关系式 ，每个所述
子系统的设定投资成本和每个所述子系统的设定装机容量，确定所述电氢耦合供能系统的年化总综合成本 ；其中， 为利率， 为第 个子系统的使用年限， 为第 个子系统的设定单位装机容量投资成本、 为第 个子系统的设定装机容量；
根据总运维成本公式 以及每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总运维成本 ；其中， 为第 个子系统满负荷运行下每小时运维成本， 为第 个子系统在第 小时的供能效率；
且当第 个子系统在第 小时的设定开机状态为关机状态时 为0； 为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的燃料成本；其中， 为天然气价格， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率，为所述燃气锅炉在第 小时的热功率；当所述燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为工作状态时 等于1，不工作状态时 等于0；
根据电网电量成本公式 ，确定购买电网电量成本；其中， 为第 小时的电价， 为第 小时消耗的电网电量；
对所述年化总综合成本 、所述总运维成本 、所述燃料成本 以及所述购买电网电量成本 进行求和运算，获得所述总成本；
确定所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的过程包括：根据燃气锅炉的一次燃料输入量公式 ，以
及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的一次燃料输入量 ；其中， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率，为所述燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热功率，当所述燃气锅炉在第小时的设定开机状态为关机状态时为0； 为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
合供能系统需从电网中获取的一次电力输入量 ；其中， 为第 小时消耗的电网电量， 为第 小时电网的供电效率；
对所述一次燃料输入量 和所述一次电力输入量 进行求和运算，获得所述一次能源总输入量。
2.如权利要求1所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法，其特征在于，所述约束条件包括装机容量约束条件；设定所述装机容量约束条件包括：设定每个所述子系统的装机容量满足 ；其中，为第 个子系统的开机状态变量，若第 个子系统为启动状态，则 等于1； 、分别为第 个子系统的装机容量最小值和装机容量最大值；
根据所述电氢耦合供能系统中的屋顶光伏的装机容量受屋顶面积限制的条件，设定所述屋顶光伏的铺设面积 满足 ；其中， 为所述屋顶光伏的铺设面积最大值；
设定所述电氢耦合供能系统中的可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的容量约束为 ；其中， 、 分别为所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的最小运行功率和最大运行功率；其中， 为表征所述可逆氢燃料电池在第小时是否为燃料电池模式的状态变量，如果是，则 等于1。
3.如权利要求2所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法，其特征在于，所述约束条件包括运行约束条件；设定所述运行约束条件包括：设定所述可逆氢燃料电 池在氢燃料电 池模式 下满足的 运行约束为；其中，
料电池在氢燃料电池模式下第 小时的发电功率、消耗氢气量、余热功率、供暖余热功率、供热水余热功率、为吸收式溴化锂机组制冷时提供的余热功率； 为氢气低位热值； 、 分别为所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的发电效率和热回收效率；
设定所述可逆氢燃料电池在电解槽模式下满足的运行约束为；其中，
、 、 、 、 分别为可逆氢燃料电池在电解槽模式下产生的氢气量、产生所述氢气量对应所需的电功率、最小运行功率、最大运行功率、电解槽的电效率； 为所述可逆氢燃料电池表征在第 小时是否为电解槽模式的状态变量，如果是，则 等于1；
设定所述电氢耦合供能系统中的储氢系统满足的储氢运行约束为；其中，
为所述储氢系统在第 小时的存储氢气量， 为所述储氢系统的存储氢气最大量； 为所述储氢系统在第 小时的释放氢气量，为所述储氢系统的释放氢气最大量； 、 分别所述储氢系统表征在第 小时是否为存储氢气的状态变量和是否为释放氢气的状态变量；设定所述屋顶光伏的运行约束为 ；其中，为所述屋顶光伏在第 小时的发电功率； 为所述屋顶光伏的发电效率；
为太阳总辐照度； 为第 小时所述屋顶光伏为所述可逆氢燃料电池供电在电解槽模式下的供电功率； 为所述屋顶光伏在第 小时为用电负载供电的供电功率；
设定所述电氢耦合供能系统中的燃气锅炉的运行约束为；其中， 为燃气锅炉消耗天然
气气体积流量， 为所述燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热量， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的供暖功率； 为所述燃气锅炉在第 小时的供热水功率；
设定所述电氢耦合供能系统中的热泵机组的运行约束为；其中， 、 分别为所述热泵机
组的制热性能系数和制冷性能系数； 、 、 、 分别为所述热泵机组在第 小时的供热耗电功率、制冷耗电功率、供热功率和制冷功率；
设定所述电 氢耦合供能系统中的吸收式 溴化锂机组的 运行约束为；其中，
为所述吸收式溴化锂机组的性能系数； 为第 小时所述吸收式溴化锂机组制冷时的余热利用功率； 为第 小时所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下为所述吸收式溴化锂机组的提供的余热功率；
为第 小时所述燃气锅炉为所述吸收式溴化锂机组的提供的余热功率；
设定所述电氢耦合供能系统中的相变蓄热装置的运行约束为；其中，
为第 小时所述相变蓄热装置存储的热量； 、 分别为第 小时所述相变蓄热装置的存入热量和释放热量； 为所述相变蓄热装置的储热损失率；
设定所述电氢耦合供能系统中的冰蓄冷装置的运行约束为；其中，
为第 小时所述冰蓄冷装置存储的蓄冷量； 、 分别为第 小时所述冰蓄冷装置的存入蓄冷量和释放蓄冷量； 为所述冰蓄冷装置的蓄冷损失率。
4.如权利要求3所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法，其特征在于，所述约束条件包括能量平衡约束条件；设定所述能量平衡约束条件包括：设定电功率平衡条件为
其中， 、 、 、 分别为在第 小时的用户用电功率、所述热泵机组在供暖或制冷模式的用电功率、用户供暖需求功率、用户供冷需求功率。
5.如权利要求1所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法，其特征在于，根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果，包括：采用数学规划优化器Gurobi求解目标函数公式 ，获得所述目标函数的求解结果；其中， 为所述总成本， 为所述一次能源总输入量，c为使得所述总成本和所述一次能源总输入量具有相同数量级的常数参数，而 为在区间[0,1]之内的权重系数。
6.一种电氢耦合供能系统的优化配置装置，其特征在于，所述电氢耦合供能系统包括多个不同的子系统；所述优化配置装置包括：第一设定模块，用于根据所述电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；
第二设定模块，用于在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量；
目标求解模块，用于根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果；
优化更新模块，用于优化每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态；
系统配置模块，用于根据所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，进行所述电氢耦合供能系统的配置；
投资成本单元，用于根据年化总综合成本关系式，每个所述子系统的设定投资成本和每个
所述子系统的设定装机容量，确定所述电氢耦合供能系统的年化总综合成本 ；其中，为利率， 为第 个子系统的使用年限， 为第 个子系统的设定单位装机容量投资成本、 为第 个子系统的设定装机容量；
运维成本单元，用于根据总运维成本公式 以及每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总运维成本 ；
其中， 为第 个子系统满负荷运行下每小时运维成本， 为第 个子系统在第小时的供能效率；且当第 个子系统在第 小时的设定开机状态为关机状态时 为0；
，以及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的燃料成本 ；其中， 为天然气价格， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的热功率；当所述燃气锅炉在第小时的设定开机状态为工作状态时 等于1，不工作状态时 等于
电网成本单元，用于根据电网电量成本公式 ，确定购买电网电量成本 ；其中， 为第 小时的电价， 为第 小时消耗的电网电量；
总成本运算单元，用于对所述年化总综合成本 、所述总运维成本 、所述燃料成本 以及所述购买电网电量成本 进行求和运算，获得所述总成本；
燃料输入单元，用于根据燃气锅炉的一次燃料输入量公式，以及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的一次燃料输入量 ；其中， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热功率，当所述燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为关机状态时为0； 为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
电力输入单元，用于根据一次电力输入量公式 ，确定所述电氢耦合供能系统需从电网中获取的一次电力输入量 ；其中， 为第小时消耗的电网电量， 为第 小时电网的供电效率；
能源输入单元，用于对所述一次燃料输入量 和所述一次电力输入量 进行求和运算，获得所述一次能源总输入量。
7.一种电氢耦合供能系统的优化配置设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1至5任一项所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法的步骤。
8.一种电氢耦合供能系统，其特征在于，包括可逆氢燃料电池、储氢装置、屋顶光伏、燃气锅炉、空气源热泵机组、吸收式溴化锂机组、相变蓄热装置、冰蓄冷装置多个不同的子系统；
其中，各个所述子系统的配置参数为按照如权利要求1至5任一项所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法的步骤确定的参数。
电氢耦合供能系统及其优化配置方法、装置、设备
技术领域
[0001] 本发明涉及供能系统领域，特别是涉及一种电氢耦合供能系统及其优化配置方法、装置、设备。
背景技术
[0002] 由于光伏、风电等可再生能源的发电功率受到气象条件的影响，具有极高的不可控制性，会产生发电功率和用电需求在时域上的不匹配，这导致可再生能源发电装机容量配置普遍偏大以尽可能满足用户需求，这样会增加投资成本，造成弃光、弃风等超产浪费现象。而随着世界范围内可再生能源装机容量的增加，也形成了解决可再生能源波动和难以调度的关键问题的强烈需求，这就需要从电力多元转换的角度，增强可再生能源在需求侧响应和供电方面的灵活性，适应能源低碳转型的需要，保证可在生能源利用率及渗透率。
[0003] 但由于多种可利用的能源技术及其相互作用的组合形式多样，系统配置有很大的自由度，可以通过组合低碳排放的多种发电、转化、存储设备的装机规模，满足用户可变的供暖、供冷、用电需求；但如何构建成本合理、推广性高的新型可持续能源系统是一个亟待解决的复杂问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种电氢耦合供能系统及其优化配置方法、装置、设备，保证了电氢耦合供能系统配置的合理性，有利于该供能系统的广泛应用。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种电氢耦合供能系统的优化配置方法，所述电氢耦合供能系统包括多个不同的子系统；所述优化配置方法包括：
[0006] 根据所述电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；
[0007] 在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量；
[0008] 根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果；
[0009] 优化每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态；
[0010] 根据所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，进行所述电氢耦合供能系统的配置。
[0011] 可选地，确定所述电氢耦合供能系统的总成本的过程包括：
[0012] 根据年化总综合成本关系式 ，每个所述子系统的设定投资成本和每个所述子系统的设定装机容量，确定所述电氢耦合供能系统的年化总综合成本 ；其中，为利率，为第 个子系统的使用年限，为第 个子系统的设定单位装机容量投资成本、为第 个子系统的设定装机容量；
[0013] 根据总运维成本公式 以及每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总运维成本 ；其中， 为第 个子系统满负荷运行下每小时运维成本， 为第 个子系统在第 小时的供能效率且当第 个子系统在第 小时的设定开机状态为关机状态时 为0；为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
[0014] 根据燃料成本公式 ，以及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的燃料成本 ；其中， 为天然气价格， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的热功率；当所述燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为工作状态时 等于
1，不工作状态时 等于0；
[0015] 根据电网电量成本公式 ，确定购买电网电量成本；其中， 为第 小时的电价， 为第 小时消耗的电网电量；
[0016] 对所述年化总综合成本 、所述总运维成本 、所述燃料成本 以及所述购买电网电量成本 进行求和运算，获得所述总成本。
[0017] 可选地，确定所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的过程包括：
[0018] 根据燃气锅炉的一次燃料输入量公式 ，以及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的一次燃料输入量 ；其中， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第小时的燃气锅炉输出热功率，当所述燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为关机状态时为0；为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
[0019] 根据一次电力输入量公式 ，确定所述电氢耦合供能系统需从电网中获取的一次电力输入量 ；其中， 为第 小时消耗的电网电量， 为第小时电网的供电效率
[0020] 对所述一次燃料输入量 和所述一次电力输入量 进行求和运算，获得所述一次能源总输入量。
[0021] 可选地，所述约束条件包括装机容量约束条件；设定所述装机容量约束条件包括：
[0022] 设定每个所述子系统的装机容量满足 ；其中，为第 个子系统的开机状态变量，若第 个子系统为启动状态，则 等于1； 、 分别为第 个子系统的装机容量最小值和装机容量最大值；
[0023] 根据所述电氢耦合供能系统中的屋顶光伏的装机容量受屋顶面积限制的条件，设定所述屋顶光伏的铺设面积 满足 ；其中， 为所述屋顶光伏的铺设面积最大值；
[0024] 设定所述电氢耦合供能系统中的可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的容量约束为 ；其中， 、分别为所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的最小运行功率和最大运行功率；其中， 为表征所述可逆氢燃料电池在第 小时是否为燃料电池模式的状态变量，如果是，则 等于1。
[0025] 可选地，所述约束条件包括运行约束条件；设定所述运行约束条件包括：
[0026] 设定所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的运行约束为；其中， 、
、 、 、 、 分别为所述可逆氢燃料电池在
氢燃料电池模式下第 小时的发电功率、消耗氢气量、余热功率、供暖余热功率、供热水余热功率、为所述吸收式溴化锂机组制冷时提供的余热功率； 为氢气低位热值； 、 分别为所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的发电效率和热回收效率；
[0027] 设定所 述可逆氢 燃料电 池 在电 解槽模式 下满足的 运行约束 为；其中， 、 、 、 、 分别为可逆氢燃料电池在电解槽模式下产生的氢气量、产生所述氢气量对应所需的电功率、最小运行功率、最大运行功率、电解槽的电效率； 为所述可逆氢燃料电池表征在第小时是否为电解槽模式的状态变量，如果是，则 等于1；
[0028] 设定所述电氢耦合供能系统中的储氢系统满足的储氢运行约束为；其中， 为所述储
氢系统在第 小时的存储氢气量， 为所述储氢系统的存储氢气最大量；
为所述储氢系统在第 小时的释放氢气量， 为所述储氢系统的释放氢气最大量；
、 分别所述储氢系统表征在第 小时是否为存储氢气的状态变量和是否为
释放氢气的状态变量；
[0029] 设定所述屋顶光伏的运行约束为 ；其中， 为所述屋顶光伏在第 小时的发电功率； 为所述屋顶光伏的发电效率； 为太阳总辐照度；
为第 小时所述屋顶光伏为所述可逆氢燃料电池供电在电解槽模式下的供电功率；
为所述屋顶光伏在第 小时为用电负载供电的供电功率；
[0030] 设 定 所 述 电 氢 耦 合 供 能 系 统 中 的 燃 气 锅 炉 的 运 行 约 束 为；其中， 为燃气锅炉消耗天然气气体积流量，为所述燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热量， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的供暖功率； 为所述燃气锅炉在第 小时的供热水功率；
[0031] 设 定 所 述 电 氢 耦 合 供 能 系 统 中 的 热 泵 机 组 的 运 行 约 束 为；其中， 、 分别为所述热泵机组的制热性能系数和制冷性能系数； 、 、 、 分别为所述热泵机组在第 小时的供热
耗电功率、制冷耗电功率、供热功率和制冷功率；
[0032] 设定所述电氢耦合供能系统中的吸收式溴化锂机组的运行约束为；其中， 为所述吸收式溴
化锂机组的性能系数； 为第 小时所述吸收式溴化锂机组制冷时的余热利用功率； 为第 小时所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下为所述吸收式溴化锂机组的提供的余热功率； 为第 小时所述燃气锅炉为所述吸收式溴化锂机组的提供的余热功率；
[0033] 设定所 述电 氢耦 合供能系统 中的相变 蓄热装置的 运行约束 为；其中， 为第小时所述相变蓄热装置存储的热量； 、 分别为第 小时所述相变蓄热装
置的存入热量和释放热量； 为所述相变蓄热装置的储热损失率；
[0034] 设 定 所 述电 氢 耦 合 供 能 系 统 中的 冰蓄 冷 装 置 的 运 行 约 束 为；其中， 为第 小时所述冰蓄冷装置存储的蓄冷量； 、 分别为第 小时所述冰蓄冷装置的存入蓄冷量和释放蓄冷量； 为所述冰蓄冷装置的蓄冷损失率。
[0035] 可选地，所述约束条件包括能量平衡约束条件；设定所述能量平衡约束条件包括：
[0036] 设定电功率平衡条件为 ；
[0037] 设定热能平衡条件为 ；
[0038] 设定供冷平衡条件为 ；
[0039] 其中， 、 、 、 分别为在第 小时的用户用电功率、所述热泵机组在供暖或制冷模式的用电功率、用户供暖需求功率、用户供冷需求功率。
[0040] 可选地，根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果，包括：
[0041] 采用数学规划优化器Gurobi求解目标函数公式 ，获得所述目标函数的求解结果；其中， 为所述总成本， 为所述一次能源总输入量， c为使得所述总成本和所述一次能源总输入量具有相同数量级的常数参数，而 为在区间[0,1]之内的权重系数。
[0042] 一种电氢耦合供能系统的优化配置装置，所述电氢耦合供能系统包括多个不同的子系统；所述优化配置装置包括：
[0043] 第一设定模块，用于根据所述电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；
[0044] 第二设定模块，用于在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量；
[0045] 目标求解模块，用于根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果；
[0046] 优化更新模块，用于优化每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态；
[0047] 系统配置模块，用于根据所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，进行所述电氢耦合供能系统的配置。
[0048] 一种电氢耦合供能系统的优化配置设备，包括：
[0049] 存储器，用于存储计算机程序；
[0050] 处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如上任一项所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法的步骤。
[0051] 一种电氢耦合供能系统，包括可逆氢燃料电池、储氢装置、屋顶光伏、燃气锅炉、空气源热泵机组、吸收式溴化锂机组、相变蓄热装置、冰蓄冷装置多个不同的子系统；
[0052] 其中，各个所述子系统的配置参数为按照如上任一项所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法的步骤确定的参数。
[0053] 本发明所提供的电氢耦合供能系统及其优化配置方法、装置、设备，电氢耦合供能系统包括多个不同的子系统；优化配置方法包括：根据电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；在满足约束条件的条件下，利用每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，确定电氢耦合供能系统的总成本和电氢耦合供能系统的一次能源总输入量；根据总成本和一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得目标函数的求解结果；优化每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足约束条件的条件下，利用每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，确定电氢耦合供能系统的总成本和电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得目标函数的求解结果最小时对应的一组每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态；根据目标函数的求解结果最小时对应的一组每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，进行电氢耦合供能系统的配置。
[0054] 本申请中对整个电氢耦合供能系统的各个不同子系统进行配置设置时，基于各个子系统在实际供能运行过程中所需要满足的供能需求设定约束条件，并基于受约束条件的约束情况下，各个子系统在各种不同的配置参数对应的和电氢耦合供能系统的总成本和一次能源总输入量不断优化更新各个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态等配置参数，直到确定出能够使得和总成本以及一次能源总输入量相关联的目标函数最小时，对应的配置参数作为该电氢耦合供能系统的配置。由此使得本申请中电氢耦合供能系统的配置能够同时权衡经济目标和环境目标两个不同方面的因素，在一定程度上保证了电氢耦合供能系统的配置的合理性，有利于该电氢耦合供能系统的广泛应用。
附图说明
[0055] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056] 图1为本申请实施例提供的电氢耦合供能系统的优化配置方法的流程示意图；
[0057] 图2为本申请实施例提供的电氢耦合供能系统框架结构示意图；
[0058] 图3为本发明实施例提供的电氢耦合供能系统的优化配置装置的结构框图。
具体实施方式
[0059] 目前多种发电、转化、存储设备的系统设计方案中，通常基于满足用户需求的固定配置，未考虑引入可逆氢燃料电池等新兴设备，各个子系统的装机容量配置普遍偏大、合理性未充分论证。
[0060] 此外，氢能存储潜力大、能量密度高，成为清洁能源与化石能源供应体之间融合、促进能源系统脱碳的合适载体。其中，可逆氢燃料电池可通过电解槽模式（电‑氢转化）实现可再生能源电力的存储，也可通过氢燃料电池模式（实现氢‑电/热转化）作为发电和供热的原料供应。目前以氢为主要能量载体的能源供给解决方案的实施和运营成本较高，主要是氢气生产、存储和终端使用分配的成本巨大，同时制氢及氢能利用、运输的基础设施尚未完善、未广泛推广。
[0061] 为此，本申请中提供的电氢耦合供能系统的优化配置方法中，利用了电氢转化耦合架构具有双向可实现性，同时基于各能源子系统的能量流动关系式和约束条件，进行经济与环保双目标配置优化，实现子系统在效益、生产、存储、运维全过程的合理集成。
[0062] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0063] 如图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的电氢耦合供能系统的优化配置方法的流程示意图，图2为本申请实施例提供的电氢耦合供能系统框架结构示意图。
[0064] 在本申请的一种具体实施例中，该电氢耦合供能系统可以包括多个不同的子系统；可选地，该电氢耦合供能系统可以包括可逆氢燃料电池、储氢装置、屋顶光伏、燃气锅炉、空气源热泵机组、吸收式溴化锂机组、相变蓄热装置、冰蓄冷装置等多个不同的子系统。
[0065] 各个子系统之间的能量转换关系如图2所示，屋顶光伏吸收太阳能产生的电能用于可逆氢染料电池中电‑氢转化，相当于将电能以化学能的形式进行存储；屋顶光伏产生的电能也可以为热泵电机提供电能以及用于用户的用电需求；
[0066] 可逆氢染料电池进行氢‑电/热转换，可以产生电能以及热能，电能可为热泵电机提供电，热能可用于供暖或供应热水，还可以为相变蓄热装置提供热量；
[0067] 热泵机组可以驱动冰蓄冷装置提供供冷需求，同时其产生的热量也可以被向冰蓄热装置所利用；
[0068] 吸热式溴化锂机组可以吸收可逆氢染料电池和燃气锅炉产生的热能，为冰蓄热装置制冷提供能量。
[0069] 针对上述电氢耦合供能系统对应的优化配置方法可以包括：
[0070] S11：根据电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；
[0071] 可选地，该约束条件包括装机容量约束条件、运行约束条件以及能量平衡约束条件。
[0072] 可以理解的是，装机容量约束主要是指电氢耦合供能系统中各个子系统装机规模的约束，其主要受该电氢耦合供能系统所使用场景所决定；而运行约束条件则主要是基于保证用户的用电、供暖、供热水以及制冷等各个方面的需求而确定的约束条件；能量平衡约束条件则是保证整个电氢耦合供能系统中各个子系统能够正常运行所必须要满足的能量相互转换的约束条件。
[0073] 本实施例中通过设定以上三种不同的约束条件为基准，优化该电氢耦合供能系统的配置参数，能够更全面的保证该电氢耦合供能系统参数配置的合理性。
[0074] S12：在满足约束条件的条件下，利用每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，确定电氢耦合供能系统的总成本和电氢耦合供能系统的一次能源总输入量。
[0075] 可选地，确定该电氢耦合供能系统的总成本的过程可以包括：
[0076] 根据年化总综合成本关系式 ，每个子系统的设定投资成本和每个子系统的设定装机容量，确定电氢耦合供能系统的年化总综合成本 ；其中，为利率，为第 个子系统的使用年限，为第 个子系统的设定单位装机容量投资成本、为第 个子系统的设定装机容量；
[0077] 根据总运维成本公式 以及每个子系统在各个时间点的设定开机状态，确定电氢耦合供能系统的总运维成本 ；其中， 为第 个子系统满负荷运行下每小时运维成本， 为第 个子系统在第 小时的供能效率且当第 个子系统在第小时的设定开机状态为关机状态时 为0；为电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
[0078] 根据燃料成本公式 ，以及电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定燃气锅炉的燃料成本 ；其中， 为天然气价格， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为燃气锅炉在第 小时的热功率；当燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为工作状态时 等于1，不工作状态时等于0；
[0079] 根据电网电量成本公式 ，确定购买电网电量成本 ；其中， 为第 小时的电价， 为第 小时消耗的电网电量；
[0080] 对年化总综合成本 、总运维成本 、燃料成本 以及购买电网电量成本进行求和运算，获得总成本。
[0081] 本申请中在计算总成本时，是以电氢耦合供能系统持续运行一段时间所需要消耗的成本，而该运行时间长度，即为上述电氢耦合供能系统的运行时间总时长 。
[0082] 显然，在电氢耦合供能系统的运行过程中，各个子系统并不是每个时间点均保持工作状态，为了更准确的确定该电氢耦合供能系统的总成本，本实施例中以每个小时为基本计算单元，累计确定该电氢耦合供能系统的整个运行时间内的各个消耗成本。
[0083] 本实施例中充分考虑到电氢耦合供能系统的正常运行所需要的年化总综合成本、总运维成本 、燃料成本 以及购买电网电量成本 等4个不同方面的成本，并将4个不同方面的成本求和运算获得总成本，保证成本计算的全面性和准确性。
[0084] 进一步地，确定电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的过程可以包括：
[0085] 根据燃气锅炉的一次燃料输入量公式 ，以及电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定燃气锅炉的一次燃料输入量；其中， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热功率，当燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为关机状态时为0；为电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
[0086] 根据一次电力输入量公式 ，确定电氢耦合供能系统需从电网中获取的一次电力输入量 ；其中， 为第 小时消耗的电网电量， 为第 小时电网的供电效率
[0087] 对一次燃料输入量 和一次电力输入量 进行求和运算，获得一次能源总输入量。
[0088] 可以理解的是，本实施例中的一次燃料主要是指天然气等碳燃料。本申请的电氢耦合供能系统中的各个子系统中需要消耗天然气燃料的只有燃气锅炉，由此在进行一次燃料输入量进行计算时，主要是确定燃气锅炉所消耗的燃料的量。
[0089] S13：根据总成本和一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得目标函数的求解结果。
[0090] 需要说明的是，对于电氢耦合供能系统的总成本是表征该电氢耦合供能系统要正常运行所需要消耗的经济成本，也即是说其表征的是该电氢耦合供能系统的经济目标。
[0091] 而电氢耦合供能系统的一次能源总输入量主要是指该电氢耦合供能系统中利用屋顶光伏产生的电能无法满足用户需求的基础上，需要外部电网提供的电能，以及保证该电氢耦合供能系统正常运行所需要消耗的天然气能源。可以理解的是，对外部电网供应的电能越少、天然气能源消耗越少，该电氢耦合供能系统对环境也就越友好，越符合低碳排放的需求。
[0092] 现有常规的对供能系统进行配置分析时，主要侧重于单一的经济性目标，而没有适合于在经济和环境目标之间寻求到良好的折中解决方案的双目标配置优化方法。本实施例中进行经济与环保双目标配置优化，开发新型可持续能源系统建模方法，以评估能源系统中的技术合理性和成本影响，确保不同的能源载体以协调融合的方式运行，同时实现较低的碳排放和化石能源一次投入。
[0093] 因此，本实施例中以表征经济目标的总成本和表征环境目标的一次能源总输入量为依据确定同时包含经济目标和环境目标两个不同的影响因素的目标函数，显然，当该目标函数最小时，显然，该电氢耦合供能系统的配置也就越合理。
[0094] S14：优化每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足约束条件的条件下，利用每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，确定电氢耦合供能系统的总成本和电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得目标函数的求解结果最小时对应的一组每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态。
[0095] S15：根据目标函数的求解结果最小时对应的一组每个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态，进行电氢耦合供能系统的配置。
[0096] 可选地，对于该目标优化函数的目标函数公式可以为 。其中， 为总成本， 为一次能源总输入量 c为使得所述总成本和所述一次能源总输入量具有相同数量级的常数参数，而 为在区间[0,1]之内的权重系数。
[0097] 在实际应用中，可以利用数学规划优化器Gurobi求解目标函数公式，其中该数学规划优化器Gurobi中的Solution Pool获取目标函数所有可行解的求解结果，可对可行解的质量进行分析，获取最优的每个子系统的设定单位装机容量投资成本、每个所述子系统的设定装机容量以及每个子系统在各个时间点的设定开机状态。
[0098] 综上所述，本申请中对整个电氢耦合供能系统的各个不同子系统进行配置设置时，基于各个子系统在实际供能运行过程中所需要满足的供能需求设定装机容量约束条件、运行约束条件以及能量平衡约束条件等三个不同方面的约束条件，更全面合理的保证电氢耦合供能系统正常运行的基础上，基于受约束条件的约束情况下，各个子系统在各种不同的配置参数对应的和电氢耦合供能系统的总成本和一次能源总输入量不断优化更新各个子系统的设定装机容量和每个子系统在各个时间点的设定开机状态等配置参数，直到确定出能够使得和总成本以及一次能源总输入量相关联的目标函数最小时，对应的配置参数作为该电氢耦合供能系统的配置。由此实现电氢耦合供能系统的配置能够同时权衡经济目标和环境目标两个不同方面的因素，在一定程度上保证了电氢耦合供能系统的配置的合理性，有利于该电氢耦合供能系统的广泛应用。
[0099] 基于上述实施例，本申请中的电氢耦合供能系统正常运行所需要满足的约束条件主要包括装机容量约束条件、运行约束条件以及能量平衡约束条件等三个不同方面的约束条件。
[0100] 为了对该约束条件进行说明，下面将以电氢耦合供能系统可以包括可逆氢燃料电池、储氢装置、屋顶光伏、燃气锅炉、空气源热泵机组、吸收式溴化锂机组、相变蓄热装置、冰蓄冷装置等多个不同的子系统的耦合供能系统为例进行说明。
[0101] 在本申请的一种可选的实施例中，该装机容量约束条件可以包括：
[0102] 设定每个子系统的装机容量满足 ；其中，为第 个子系统的开机状态变量，若第 个子系统为启动状态，则 等于1； 、 分别为第 个子系统的装机容量最小值和装机容量最大值；
[0103] 根据电氢耦合供能系统中的屋顶光伏的装机容量受屋顶面积限制的条件，设定屋顶光伏的铺设面积 满足 ；其中， 为屋顶光伏的铺设面积最大值；
[0104] 设定电氢耦合供能系统中的可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的容量约束为 ；其中， 、 分别为可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的最小运行功率和最大运行功率；其中，为表征可逆氢燃料电池在第 小时是否为燃料电池模式的状态变量，如果是，则等于1。
[0105] 可以理解的是，对于屋顶光伏而言，其铺设面积受房屋屋顶可铺设光伏组件的铺设面积限制，由此也就限制了光伏组件的装机容量；
[0106] 此外，对于可逆氢燃料电池而言，其主要是实现氢‑电/热转换以及电‑氢转换的过程，而氢气量并非耗之不尽，因此，需要进一步地限制其在氢燃料电池模式下的最小运行功率和最大运行功率。
[0107] 基于上述论述，在本申请的另一可选地实施例中，设定所述运行约束条件包括：
[0108] 设定可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的运行约束、可逆氢燃料电池在电解槽模式下满足的运行约束、储氢系统满足的储氢运行约束、屋顶光伏的运行约束、燃气锅炉的运行约束、热泵机组的运行约束、吸收式溴化锂机组的运行约束、相变蓄热装置的运行约束、冰蓄冷装置的运行约束等9个运行约束条件。
[0109] 下面对上述9个运行约束条件进行一一说明：
[0110] 1）设定可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的运行约束为；其中， 、
、 、 、 、 分别为可逆氢燃料电池在氢燃
料电池模式下第 小时的发电功率、消耗氢气量、余热功率、供暖余热功率、供热水余热功率、为吸收式溴化锂机组制冷时提供的余热功率； 为氢气低位热值； 、 分别为可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的发电效率和热回收效率。
[0111] 需要说明的是，可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下，也即是消耗氢气转换为电能的工作模式下，其消耗的氢气一部分转换为电能，而另一部分转换为热能，其中，所表示的余热功率即是指将可逆氢燃料电池在消耗氢气产生电能的过程产生热量的功率，该余热功率可以用于吸收式溴化锂机组制冷、为用户供暖、供热水等三个不同方面的应用。
[0112] 2）设 定 可 逆氢 燃 料电 池 在电 解 槽 模式 下 满足 的 运行 约 束 为；其中， 、 、 、 、 分别为可逆氢燃料电池在电解槽模式下产生的氢气量、产生氢气量对应所需的电功率、最小运行功率、最大运行功率、电解槽的电效率； 为表征可逆氢燃料电池在第 小时是否为电解槽模式的状态变量，如果是，则 等于1。
[0113] 可以理解的是，可逆氢燃料电池的电解槽模式也即是利用电能进行电解产生氢气的工作模式，相当于是将电能以化学能的形式进行存储。因为其主要的作用是存储屋顶光伏产生的多余的电能，由此该可逆氢燃料电池的电能来源主要来源于屋顶光伏。且该可逆氢燃料电池本身存储的电能存在一定的容量限制，由此其电解槽模式开启也存在一定的限制。本实施例中以 表示可逆氢燃料电池在第 小时是否为电解槽模式的状态变量，当该可逆氢燃料电池在第 小时为电解槽模式，则该状态量为1，反之，若不是电解槽模式（可能是关机模式或者氢燃料电池模式），则该状态量为0。
[0114] 3）设定电氢耦合供能系统中的储氢系统满足的储氢运行约束为；其中， 为储氢系统
在第 小时的存储氢气量， 为储氢系统的存储氢气最大量； 为储氢系
统在第 小时的释放氢气量， 为储氢系统的释放氢气最大量； 、
分别储氢系统表征在第 小时是否为存储氢气的状态变量和是否为释放氢气的状态变量。
[0115] 可以理解的是，储氢系统主要是为可逆氢燃料电池进行氢‑电转换提供氢气来源，同时也用于在可逆氢燃料电池进行电‑氢转换时存储可逆氢燃料电池所产生的氢气。
[0116] 对于 、 两个状态变量，当该储氢系统在第 小时为存储氢气的状态，则 等于1；而当该储氢系统在第 小时为释放氢气的状态，则 等于1。在实际应用中，该储氢系统可能同时释放氢气和存储氢气，因此 和 也可能同时等于1。
[0117] 4）设定屋顶光伏的运行约束为 ；其中， 为屋顶光伏在第 小时的发电功率； 为屋顶光伏的发电效率； 为太阳总辐照度； 为第小时屋顶光伏为可逆氢燃料电池供电在电解槽模式下的供电功率； 为屋顶光伏在第小时为用电负载供电的供电功率。
[0118] 5）设 定 电 氢 耦 合 供 能 系 统 中 的 燃 气 锅 炉 的 运 行 约 束 为；其中， 为燃气锅炉消耗天然气气体积流量，为燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热量， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率，为燃气锅炉在第 小时的供暖功率； 为燃气锅炉在第 小时的供热水功率；
[0119] 6）设 定 电 氢 耦 合 供 能 系 统 中 的 热 泵 机 组 的 运 行 约 束 为；其中， 、 分别为热泵机组的制热性能系数和制冷性能系数； 、 、 、 分别为热泵机组在第 小时的供热耗电功
率、制冷耗电功率、供热功率和制冷功率；
[0120] 7）设定电氢耦合供能系统中的吸收式溴化锂机组的运行约束为；其中， 为吸收式溴化锂机
组的性能系数； 为第 小时吸收式溴化锂机组制冷时的余热利用功率；
为第 小时可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下为吸收式溴化锂机组的提供的余热功率； 为第 小时燃气锅炉为吸收式溴化锂机组的提供的余热功率。
[0121] 可以理解的是，吸收式溴化锂机组是能够吸收热能而能够进行制冷又能够进行供暖的机组设备，由此利用该吸收式溴化锂机组能够充分的吸收可逆氢燃料电池在氢燃料电池工作模式下产生的热量以及燃气锅炉所产生的热能，在很大程度上提升了整个电氢耦合供能系统的能量利用率。
[0122] 8）设 定电 氢 耦 合 供能 系 统中 的 相 变蓄 热 装置 的 运行 约 束 为；其中， 为第小时相变蓄热装置存储的热量； 、 分别为第 小时相变蓄热装置的存入
热量和释放热量； 为相变蓄热装置的储热损失率。
[0123] 如前所述，对于可逆氢燃亮电池而言，可以视为一个存储和释放电能的组件，而本实施例中的相变蓄热装置则是可以视为一个存储和释放热能的设备，当整个电氢耦合供能系统中产生的热量比用户需求的热量多，此时，可以将该多余的热量通过相变蓄热装置中的相变物质进行存储，而当需要为用户提供热能时，在经过相变蓄热装置释放热量。
[0124] 9）设 定 电 氢 耦 合 供 能 系 统 中 的 冰 蓄 冷 装 置 的 运 行 约 束 为；其中， 为第 小时冰蓄冷装置存储的蓄冷量； 、 分别为第 小时冰蓄冷装置的存入蓄冷量和释放蓄冷量； 为冰蓄冷装置的蓄冷损失率。
[0125] 和上述相变蓄热装置相反，冰蓄冷装置的主要作用是为例存入和释放蓄冷量，主要为用户提供制冷需求。
[0126] 基于上述论述，在本申请的另一可选地实施例中，设定所述能量平衡约束条件包括电功率平衡条件、热能平衡条件、供冷平衡条件：
[0127] 设定电功率平衡条件为 ；
[0128] 设定热能平衡条件为 ；
[0129] 设定供冷平衡条件为 ；
[0130] 其中， 、 、 、 分别为在第 小时的用户用电功率、热泵机组在供暖或制冷模式的用电功率、用户供暖需求功率、用户供冷需求功率。
[0131] 本实施例中的电氢耦合供能系统主要是为了给用户供电、供热（包括供暖和供热水）以及制冷。为此，在设定能量平衡约束时，也就需要基于电功率平衡条件、热能平衡条件、供冷平衡条件三个不同方面进行平衡条件的约束，保证能量约束条件的合理性。
[0132] 下面对本发明实施例提供的电氢耦合供能系统的优化配置装置进行介绍，下文描述的电氢耦合供能系统的优化配置装置与上文描述的电氢耦合供能系统的优化配置方法可相互对应参照。
[0133] 图3为本发明实施例提供的电氢耦合供能系统的优化配置装置的结构框图，该电氢耦合供能系统包括可逆氢燃料电池、屋顶光伏、燃气锅炉、空气源热泵机组、吸收式溴化锂机组、相变蓄热装置、冰蓄冷装置多个不同的子系统；参照图3的电氢耦合供能系统的优化配置装置可以包括：
[0134] 第一设定模块100，用于根据所述电氢耦合供能系统运行过程中需要满足的供能需求设定约束条件；
[0135] 第二设定模块200，用于在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量；
[0136] 目标求解模块300，用于根据所述总成本和所述一次能源总输入量进行目标函数的求解运算，获得所述目标函数的求解结果；
[0137] 优化更新模块400，用于优化每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，并重复执行在满足所述约束条件的条件下，利用每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总成本和所述电氢耦合供能系统的一次能源总输入量的步骤，直到获得所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态；
[0138] 系统配置模块500，用于根据所述目标函数的求解结果最小时对应的一组每个所述子系统的设定装机容量和每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，进行所述电氢耦合供能系统的配置。
[0139] 在本申请的一种可选地实施例中，第二设定模块200包括：
[0140] 投资成本单元，用于根据年化总综合成本关系式 ，每个所述子系统的设定投资成本和每个所述子系统的设定装机容量，确定所述电氢耦合供能系统的年化总综合成本 ；其中，为利率，为第 个子系统的使用年限，为第 个子系统的设定单位装机容量投资成本、为第 个子系统的设定装机容量；
[0141] 运维成本单元，用于根据总运维成本公式 以及每个所述子系统在各个时间点的设定开机状态，确定所述电氢耦合供能系统的总运维成本 ；其中， 为第 个子系统满负荷运行下每小时运维成本， 为第 个子系统在第 小时的供能效率且当第 个子系统在第 小时的设定开机状态为关机状态时 为0；为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
[0142] 燃料成本单元，用于根据燃料成本公式 ，以及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的燃料成本 ；其中， 为天然气价格， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的热功率；当所述燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为工作状态时 等于1，不工作状态时 等于0；
[0143] 电网成本单元，用于根据电网电量成本公式 ，确定购买电网电量成本 ；其中， 为第 小时的电价， 为第 小时消耗的电网电量；
[0144] 总成本运算单元，用于对所述年化总综合成本 、所述总运维成本 、所述燃料成本 以及所述购买电网电量成本 进行求和运算，获得所述总成本。
[0145] 在本申请的一种可选地实施例中，第二设定模块200包括：
[0146] 燃 料 输 入 单 元 ，用 于 根 据 燃 气 锅 炉 的 一 次 燃 料 输 入 量 公 式，以及所述电氢耦合供能系统中每个燃气锅炉在各个时间点的设定开机状态，确定所述燃气锅炉的一次燃料输入量 ；其中， 为天然气低位热值，为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热功率，当所述燃气锅炉在第 小时的设定开机状态为关机状态时为0；为所述电氢耦合供能系统的运行时间总时长；
[0147] 电力输入单元，用于根据一次电力输入量公式 ，确定所述电氢耦合供能系统需从电网中获取的一次电力输入量 ；其中， 为第 小时消耗的电网电量， 为第 小时电网的供电效率
[0148] 能源输入单元，用于对所述一次燃料输入量 和所述一次电力输入量 进行求和运算，获得所述一次能源总输入量。
[0149] 在本申请的一种可选地实施例中，第一设定模块100具体用于设定装机容量约束条件，包括：
[0150] 第一装机容量单元，用于设定每个所述子系统的装机容量满足；其中，为第 个子系统的开机状态变量，若第 个子系统为启动状
态，则 等于1； 、 分别为第 个子系统的装机容量最小值和装机容量最大值；
[0151] 第二装机容量单元，用于根据所述电氢耦合供能系统中的屋顶光伏的装机容量受屋顶面积限制的条件，设定所述屋顶光伏的铺设面积 满足 ；其中， 为所述屋顶光伏的铺设面积最大值；
[0152] 第三装机容量单元，用于设定所述电氢耦合供能系统中的可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的容量约束为；其中， 、
分别为所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的最小运行功率和最大运行功率；其中， 为表征所述可逆氢燃料电池在第 小时是否为燃料电池模式的状态变量，如果是，则 等于1。
[0153] 在本申请的一种可选地实施例中，第一设定模块100具体用于设定运行约束条件，包括：
[0154] 燃料电池单元，用于设定所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下满足的运行约束为 ；其中， 、、 、 、 、 分别为所述可逆氢燃料电池在
氢燃料电池模式下第 小时的发电功率、消耗氢气量、余热功率、供暖余热功率、供热水余热功率、为所述吸收式溴化锂机组制冷时提供的余热功率； 为氢气低位热值； 、 分别为所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下的发电效率和热回收效率；
[0155] 电解槽单元，用于设定所述可逆氢燃料电池在电解槽模式下满足的运行约束为；其中， 、 、 、 、 分别为可逆氢燃料电池在电解槽模式下产生的氢气量、产生所述氢气量对应所需的电功率、最小运行功率、最大运行功率、电解槽的电效率； 为所述可逆氢燃料电池表征在第 小时是否为电解槽模式的状态变量，如果是，则 等于1；
[0156] 储氢单元，用于设定所述电氢耦合供能系统中的储氢系统满足的储氢运行约束为；其中， 为所述储氢系统在第 小时的存储氢气量， 为所述储氢系统的存储氢气最大量； 为所
述储氢系统在第 小时的释放氢气量， 为所述储氢系统的释放氢气最大量；
、 分别所述储氢系统表征在第 小时是否为存储氢气的状态变量和是否为
释放氢气的状态变量；
[0157] 屋顶光伏单元，用于设定所述屋顶光伏的运行约束为 ；其中， 为所述屋顶光伏在第 小时的发电功率； 为所述屋顶光伏的发电效率；
为太阳总辐照度； 为第 小时所述屋顶光伏为所述可逆氢燃料电池供电在电解槽模式下的供电功率； 为所述屋顶光伏在第 小时为用电负载供电的供电功率；
[0158] 燃气锅炉单元，用于设定所述电氢耦合供能系统中的燃气锅炉的运行约束为；其中， 为燃气锅炉消耗天然气气体积流量， 为所述燃气锅炉在第 小时的燃气锅炉输出热量， 为天然气低位热值， 为燃气锅炉效率， 为所述燃气锅炉在第 小时的供暖功率； 为所述燃气锅炉在第 小时的供热水功率；
[0159] 热泵机组单元，用于设定所述电氢耦合供能系统中的热泵机组的运行约束为；其中， 、 分别为所述热泵机组的制热性能系数和制冷性能系数； 、 、 、 分别为所述热泵机组在第 小时的供热耗
电功率、制冷耗电功率、供热功率和制冷功率；
[0160] 溴化锂机组单元，用于设定所述电氢耦合供能系统中的吸收式溴化锂机组的运行约束为 ；其中， 为所述吸收式溴化锂机组的性能系数； 为第 小时所述吸收式溴化锂机组制冷时的余热利用功率； 为第 小时所述可逆氢燃料电池在氢燃料电池模式下为所述吸收式溴化锂机组的提供的余热功率； 为第 小时所述燃气锅炉为所述吸收式溴化锂机组的提供的余热功率；
[0161] 相变蓄热单元，用于设定所述电氢耦合供能系统中的相变蓄热装置的运行约束为；其中， 为第小时所述相变蓄热装置存储的热量； 、 分别为第 小时所述相变蓄热装
置的存入热量和释放热量； 为所述相变蓄热装置的储热损失率；
[0162] 设 定 所 述电 氢 耦 合 供 能 系 统 中的 冰蓄 冷 装 置 的 运 行 约 束 为；其中， 为第 小时所述冰蓄冷装置存储的蓄冷量； 、 分别为第 小时所述冰蓄冷装置的存入蓄冷量和释放蓄冷量； 为所述冰蓄冷装置的蓄冷损失率。
[0163] 在本申请的一种可选地实施例中，第一设定模块100具体用于设定能量平衡约束条件，包括：
[0164] 电功率平衡单元，用于设定电功率平衡条件为；
[0165] 热能平和单元，用于设定热能平衡条件为；
[0166] 供冷平衡单元，用于设定供冷平衡条件为；其中， 、 、 、
分别为在第 小时的用户用电功率、所述热泵机组在供暖或制冷模式的用电功率、用户供暖需求功率、用户供冷需求功率。
[0167] 采用数学规划优化器Gurobi求解目标函数公式 ，获得所述目标函数的求解结果；其中， 为所述总成本， 为所述一次能源总输入量，c为使得所述总成本和所述一次能源总输入量具有相同数量级的常数参数，而 为在区间[0,1]之内的权重系数。
[0168] 本实施例的电氢耦合供能系统的优化配置装置用于实现前述的电氢耦合供能系统的优化配置方法，因此电氢耦合供能系统的优化配置装置中的具体实施方式可见前文中的电氢耦合供能系统的优化配置方法的实施例部分，在此不再赘述。
[0169] 本申请还提供了一种电氢耦合供能系统的优化配置设备的实施例，该设备包括：
[0170] 存储器，用于存储计算机程序；
[0171] 处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如上任一项所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法的步骤。
[0172] 本申请还提供了一种电氢耦合供能系统的实施例，该电氢耦合供能系统可以包括可逆氢燃料电池、储氢装置、屋顶光伏、燃气锅炉、空气源热泵机组、吸收式溴化锂机组、相变蓄热装置、冰蓄冷装置多个不同的子系统；
[0173] 其中，各个所述子系统的配置参数为按照如上任一项所述的电氢耦合供能系统的优化配置方法的步骤确定的参数。
[0174] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
[0175] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
