[发明专利]基于智能楼宇光储供电设备的参数优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种基于智能楼宇光储供电设备的参数优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立智能楼宇光储供电网络的模型；

确定光伏板铺设面积、应急蓄电池容量以及储氢罐容量的约束条件；

构建目标优化问题的数学模型，其中目标函数为光能利用率η最大，约束条件分别为光伏系统功率约束条件、蓄电池额定功率约束条件和电解槽功率约束条件；

求解目标优化问题数学模型，确定光伏板铺设面积、应急蓄电池容量以及储氢罐容量；

所述智能楼宇光储供电网络的模型包括太阳能光伏发电系统、蓄电池系统、电解水制氢系统、燃料电池供电系统、并网控制系统、用户负载系统以及交直流母线系统；

光能利用率η最大的目标函数表达式如下：

式中，λ₁为电能由交直流母线系统转化至用户负载系统的能量转化效率；λ₂为蓄电池储能装置中的双向DC/DC变换器的能量转换效率；λ₃为与电解槽连接的DC/DC变换器的能量转换效率；P_pv为光伏发电系统的额定功率；T为一年的天数，取365天；H(t)为当地第t日标准日照小时数，单位为小时；为用户负载系统一年的平均功率；a为用户负载系统一年内预估使用光伏单独供电的时间，单位为小时；b为用户负载系统一年内预估使用光伏/电网混合供电的时间；P_b为蓄电池的额定功率；P_el为电解槽水解的额定功率；为由大数据统计的当地一年内市政抢修对每栋楼宇的出勤平均次数；m为当地市政紧急抢修所需平均时间，单位为小时；n为预估一年内光伏发电功率大于用户负载系统所需功率的时间段，单位为小时；

为了满足光能得到全部利用，目标函数表达式当中涉及到的光伏发电、燃料电池发电产电量、用户负载、蓄电池、电解槽耗电量满足以下能量守恒公式：

式中，P_g为电网一年供电的年均功率；W_u为用户负载系统一年内的预估用电量；P_fc为燃料电池的额定功率；q为预估燃料电池的全年使用时间，单位为小时；λ₄为与燃料电池连接的DC/DC变换器的能量转换效率。

2.根据权利要求1所述基于智能楼宇光储供电设备的参数优化设计方法，其特征在于：

太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏发电装置，其电能输出端连接至交直流母线系统的直流母线一端；

蓄电池系统包括蓄电池储能装置，其充放电接口连接至直流母线一端；

电解水制氢系统包括电解槽和储氢罐，电解槽的电力输入接口连接至直流母线一端，氢气出口连接至储氢罐的入口，储氢罐的出口连接至燃料电池供电系统的质子交换膜燃料电池发电装置；

燃料电池供电系统包括质子交换膜燃料电池发电装置；

并网控制系统包括并网控制开关，并网控制开关决定整个智能楼宇光储供电系统离网运行或并网运行；当系统能够满足独立对用户负载系统供能的条件时，系统离网运行；当设备发生故障，系统无法满足用户负载系统的能源需求时，系统并网运行；

用户负载系统包括直流负载和交流负载，交流负载的电力输入接口连接至交直流母线系统的交流母线一端，直流负载的电力输入接口连接至直流母线一端；

交直流母线系统包含交流母线和直流母线，其间通过DC/AC变换器连接。

3.根据权利要求2所述基于智能楼宇光储供电设备的参数优化设计方法，其特征在于：

太阳能光伏发电装置由太阳能光伏板以及DC/DC变换器构成，能够将光能转化为电能传输至直流母线供给蓄电池系统、电解水制氢系统以及用户负载系统使用；

蓄电池储能装置由蓄电池及双向DC/DC变换器构成，能够通过直流母线实现充放电操作，在光伏有剩余时对其进行充电；在光能不足时，和质子交换膜燃料电池发电装置配合向用户负载系统供电；

质子交换膜燃料电池发电装置由质子交换膜燃料电池及DC/DC变换器构成，质子交换膜燃料电池能够消耗氢气为用户负载系统提供电能；

电解槽由槽体、阳极和阴极组成，能够通过电解水产生氢气；

储氢罐采用高压储氢的方式存储氢气，能够在常温下进行充放气。