CN113872240A - 一种风光氢综合能源系统容量配置方法 - Google Patents

一种风光氢综合能源系统容量配置方法 Download PDF

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刘浏
励晨
龚新程
韩冬
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Abstract

本发明公开了一种风光氢综合能源系统容量配置方法，综合考虑风光氢综合能源系统投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，以系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，系统年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。

Description

一种风光氢综合能源系统容量配置方法
技术领域
本发明涉及一种风光氢综合能源系统容量配置方法。
背景技术
基于风光制氢和燃料电池热电联供的风光氢综合能源系统是消纳富余可再生能源、减少弃风弃光的有效途径。实施系统设计及运行集成优化，对提高综合能源利用率、降低系统经济成本具有重要意义。目前的风光氢综合能源系统容量配置方法大多针对某种特定应用场景，选取风光氢综合能源系统中的几个子系统的组合开展集成优化研究，未考虑系统运行的季节特性及对容量配置方案的影响，尚无完整风光氢综合能源系统的设计与运行集成优化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种风光氢综合能源系统容量配置方法，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。
实现上述目的的技术方案是：一种风光氢综合能源系统容量配置方法，所述风光氢综合能源系统至少包括光伏发电系统、风力发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉，其特征在于，所述容量配置方法包括以下步骤：
S1，输入风光氢综合能源系统热、电逐时负荷以及风光氢综合能源系统各设备的经济参数和技术参数；
S2、构建风光氢综合能源系统容量配置的数学模型，考虑的约束条件包括：风设备特性方程、质量平衡方程、功率特性约束、弃电率约束和设计约束；
S3、以风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，对风光氢综合能源系统各设备的容量进行优选；
S4、输出风力发电系统、光伏发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉的最优容量，得到风光氢综合能源系统各设备的最优容量配置。
上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，综合考虑风光氢综合能源系统的投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，构建的风光氢综合能源系统容量配置的数学模型为风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值；风光氢综合能源系统的年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本；成本净现值NPV的具体表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000021
Figure RE-GDA0003339384260000022
式(1)和式(2)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；Wq代表设备q的额定容量；Cinv,q代表设备q的单位投资成本；Copt,q代表设备q的单位运行成本；Pbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的功率；Cbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的价格；Δt为运行调度的单位时间间隔；Ccomp为将每摩尔氢气压缩至所需压力的平均费用；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为将电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；CRFl,i为当设备寿命为l，折现率为i时的投资回收系数；
Figure RE-GDA0003339384260000023
为将第n年设备q的替换成本，不需要更换设备时
Figure RE-GDA0003339384260000024
上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，所述设备特性方程包括风力发电系统的设备特性方程和光伏发电系统的设备特性方程，其中：
风力发电系统的功率输出特性PWT由风机额定功率WWT和风速v共同决定，风力发电系统的设备特性方程的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000025
式(3)中，vci为风机的切入风速；vR为风机的切出风速和vco为风机的额定风速；
光伏发电系统的功率输出功率特性PPV受到光照辐射G、组件温度TC以及组件特性的影响，光伏发电系统的设备特性方程的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000031
式(4)中，光伏的额定容量WPV是标准测试工况下光伏最大输出功率，其对应的测试条件为GSTC＝1kW/m2和TSTC＝25℃；β为温度影响系数，β＝-0.0047K-1；采用环境温度作为光伏的组件温度TC。
上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，所述质量平衡方程包括电功率平衡方程、热功率平衡方程和氢气质量平衡方程；其中：
电功率平衡方程描述了任意t时刻下系统母线上的输入与输出功率相等，电功率平衡方程表达式为：
Pbuy,t+PWT,t+PPV,t+ηFC,EPFC,t＝PELE,t/ηELE+Pheat,t+Pload,t+Ploss,t (5)
式(5)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t 时刻下电热锅炉的用电功率；Pload,t代表第t时刻下系统总电功率需求；Ploss,t代表第t时刻下弃电功率；ηFC,E代表燃料电池的电转化效率；ηELE代表电解槽的电转化效率；Pbuy,t代表第t时刻下从电网买电的功率；PPV,t代表第t时刻下风力发电系统的实际输出功率；PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；
热功率平衡方程描述了任意t时刻下燃料电池和电热锅炉所产生的热功率与热负荷需求相等，热功率平衡方程表达式为：
ηpfPheat,t+ηFC,HPFC,t＝Qload,t (6)
式(6)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t 时刻下电热锅炉的用电功率；Qload,t为第t时刻下的系统总热功率需求；ηFC,H为燃料电池的热转化效率；ηpf为电热锅炉的转换效率；
氢气质量平衡方程描述了储氢罐的入口与出口流量相等，氢气质量平衡方程的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000032
式(7)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；St为第t时刻下的储氢罐的储氢量，St不大于储氢罐的额定容量WH,St取值范围的表达式为：
0≤St≤WH (8)
上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，所述功率特性约束是指电解槽和燃料电池在运行过程中满足最大/最小功率约束，所述功率特性约束的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000041
Figure RE-GDA0003339384260000042
式(9)和式(10)中，yELE,t代表第t时刻下电解槽的启动状态；yFC,t代表第t时刻下燃料电池的启动状态；yELE,t和yFC,t是0-1变量；yt＝0时代表设备处于停止状态，yt＝1代表设备处于运行状态；
Figure RE-GDA0003339384260000043
为代表为保证电解槽正常运行时其实际功率相对于其额定功率的最小比例；
Figure RE-GDA0003339384260000044
代表为保证电解槽正常运行时其实际功率相对于其额定功率的最大比例；
Figure RE-GDA0003339384260000045
代表燃料电池实际功率相对于其额定功率的最小比例；
Figure RE-GDA0003339384260000046
代表燃料电池实际功率相对于其额定功率的最大比例；补充Wele代表电解槽的额定容量；WFC代表燃料电池的额定容量，PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；
式(9)和式(10)涉及到整数二元变量和优化变量的乘积，是一个非线性约束，对式(9)和式(10)分别进行线性化转换简化，式(9)简化为：
Figure RE-GDA0003339384260000047
式(11)中，
Figure RE-GDA0003339384260000048
为电解槽配置的最大可能容量，补充WELE代表电解槽的额定容量；
式(10)参照式(9)进行简化。
上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，所述弃电率约束的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000049
式(12)中，ε代表年度最大允许弃电率；PPV,t代表第t时刻下风力发电系统的实际输出功率；PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；Ploss,t代表第t 时刻下风光氢综合能源系统的弃电功率；Δt为运行调度的单位时间间隔。
上述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，步骤S2中，所述设计约束的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000051
式(13)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；Wq代表各设备的设计容量；
Figure RE-GDA0003339384260000052
和
Figure RE-GDA0003339384260000053
分别为各设备额定容量的设计上界和下界。
本发明的风光氢综合能源系统容量配置方法，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。
附图说明
图1为风光氢综合能源系统的结构示意图；
图2a为办公楼与居民楼的典型热电负荷特性图(逐小时平均)；
图2b为办公楼与居民楼的典型热电负荷特性图(每月平均)。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1，典型的风光氢综合能源系统由光伏发电系统、风力发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池、电热锅炉及其他辅助设备组成。其中，光伏发电系统和风力发电系统组成可再生能源发电系统，以并网不上网模式运行，产生的电能一部分用于满足电负荷需求，另一部分通过锅炉等电/热转换装置满足热负荷需求。当可再生能源发电系统发电量不足时，将采取从电网卖电的方式进行补充；当系统发电量过剩时，富余电能将通过电解槽转化成氢气储存于储氢罐中，当系统供电出现缺口时，再通过燃料电池转化为电能为系统供能。此外，燃料电池的产热将通过余热回收装置进一步利用，以提高系统的综合能源利用效率。通过耦合上述多种能源设备，一方面可以充分利用风光发电余能，满足电热负荷的同时提高能源利用效率，另一方面也可以利用电网峰谷电价削峰填谷，降低电网运行负荷的同时也带来一定经济效益。
本发明的实施例，一种风光氢综合能源系统容量配置方法，包括以下步骤：
S1，输入风光氢综合能源系统热、电逐时负荷以及风光氢综合能源系统各设备的经济参数和技术参数；
S2、构建风光氢综合能源系统容量配置的数学模型，考虑的约束条件包括：风设备特性方程、质量平衡方程、功率特性约束、弃电率约束和设计约束；
S3、以风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，对风光氢综合能源系统各设备的容量进行优选；
S4、输出风力发电系统、光伏发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉的最优容量，得到风光氢综合能源系统各设备的最优容量配置。
目标函数(数学模型)：
本发明综合考虑风光氢综合能源系统投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，以系统全生命周期下的成本净现值(Net present va l ue,NPV) 最小化为优化目标。其中，系统年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本。成本净现值NPV的具体表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000061
Figure RE-GDA0003339384260000062
式(1)和式(2)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备，比如风力发电系统(WT)、光伏发电系统(PV)、电解槽(ELE)、储氢罐(H)和燃料电池 (FC)等设备；Wq代表设备q的额定容量；Cinv,q代表设备q的单位投资成本；Copt,q代表设备q的单位运行成本；Pbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的功率；Cbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的价格；Δt为运行调度的单位时间间隔；Ccomp为将每摩尔氢气压缩至所需压力的平均费用；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为将电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；CRFl,i为当设备寿命为l，折现率为i时的投资回收系数；
Figure RE-GDA0003339384260000063
为将第n年设备q的替换成本，不需要更换设备时
Figure RE-GDA0003339384260000064
约束条件:
(1)设备特性方程
设备特性方程包括风力发电系统的设备特性方程和光伏发电系统的设备特性方程。
风力发电系统的功率输出特性PWT由风机额定功率WWT和风速v共同决定，风力发电系统的设备特性方程的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000071
式(3)中，vci为风机的切入风速；vR为风机的切出风速和vco为风机的额定风速；
光伏发电系统的功率输出功率特性PPV受到光照辐射G、组件温度TC以及组件特性的影响，光伏发电系统的设备特性方程的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000072
式(4)中，光伏的额定容量WPV是标准测试工况下光伏最大输出功率，其对应的测试条件为GSTC＝1kW/m2和TSTC＝25℃；β为温度影响系数，β＝-0.0047K-1；值得注意的是，本实施例中采用环境温度作为光伏的组件温度TC，忽略了两者间的差异。
(2)质量平衡方程：
风光氢综合能源系统在运行过程中需要满足电能、热能和氢气质量平衡。
质量平衡方程包括电功率平衡方程、热功率平衡方程和氢气质量平衡方程。
电功率平衡方程描述了任意t时刻下系统母线上的输入与输出功率相等，电功率平衡方程表达式为：
Pbuy,t+PWT,t+PPV,t+ηFC,EPFC,t＝PELE,t/ηELE+Pheat,t+Pload,t+Ploss,t (5)
式(5)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t 时刻下电热锅炉的用电功率；Pload,t代表第t时刻下系统总电功率需求；Ploss,t代表第t时刻下弃电功率；ηFC,E代表燃料电池的电转化效率；ηELE代表电解槽的电转化效率；Pbuy,t代表第t时刻下从电网买电的功率；PPV,t代表第t时刻下风力发电系统的实际输出功率；PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；
热功率平衡方程描述了任意t时刻下燃料电池和电热锅炉所产生的热功率与热负荷需求相等，热功率平衡方程表达式为：
ηpfPheat,t+ηFC,HPFC,t＝Qload,t (6)
式(6)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t 时刻下电热锅炉的用电功率；Qload,t为第t时刻下的系统总热功率需求；ηFC,H为燃料电池的热转化效率；ηpf为电热锅炉的转换效率；
氢气质量平衡方程描述了储氢罐的入口与出口流量相等，氢气质量平衡方程的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000081
式(7)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为 kWh/kg；St为第t时刻下的储氢罐的储氢量，St不大于储氢罐的额定容量WH,St取值范围的表达式为：
0≤St≤WH (8)
(3)功率特性约束：
功率特性约束是指电解槽和燃料电池在运行过程中满足最大/最小功率约束，功率特性约束的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000082
Figure RE-GDA0003339384260000083
式(9)和式(10)中，yELE,t代表第t时刻下电解槽的启动状态；yFC,t代表第t时刻下燃料电池的启动状态；yELE,t和yFC,t是0-1变量；yt＝0时代表设备处于停止状态，yt＝1代表设备处于运行状态；
Figure RE-GDA0003339384260000084
为代表为保证电解槽正常运行时其实际功率相对于其额定功率的最小比例；
Figure RE-GDA0003339384260000085
代表为保证电解槽正常运行时其实际功率相对于其额定功率的最大比例；
Figure RE-GDA0003339384260000086
代表燃料电池实际功率相对于其额定功率的最小比例；
Figure RE-GDA0003339384260000087
代表燃料电池实际功率相对于其额定功率的最大比例；补充Wele代表电解槽的额定容量；WFC代表燃料电池的额定容量，PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；
式(9)和式(10)涉及到整数二元变量和优化变量的乘积，是一个非线性约束，对式(9)和式(10)分别进行线性化转换简化，式(9)简化为：
Figure RE-GDA0003339384260000091
式(11)中，
Figure RE-GDA0003339384260000092
为电解槽配置的最大可能容量，补充WELE代表电解槽的额定容量；
式(10)参照式(9)进行简化。
(4)弃电率约束：
弃风弃光是我国可再生能源开发的一个突出问题。在本发明中，为了增加系统中可再生能源和燃料电池的利用率，对系统加入弃电率的限制，对规划调度提出了更高的要求。具体地，年度弃电量应小于风光发电的总电量的一定比例。
弃电率约束的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000093
式(12)中，ε代表年度最大允许弃电率；PPV,t代表第t时刻下风力发电系统的实际输出功率；PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；Ploss,t代表第t 时刻下风光氢综合能源系统的弃电功率；Δt为运行调度的单位时间间隔。
(5)设计约束：
在设计过程中，若设备的容量过小，可能没有相应的规格或达不到承包方接受的最小建设规模；若设备的容量过大，难以满足安全建设规范或成本过高，因此需要对各设备的容量设计上下界合理约束。
设计约束的表达式为：
Figure RE-GDA0003339384260000094
式(13)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；Wq代表各设备的设计容量；
Figure RE-GDA0003339384260000095
和
Figure RE-GDA0003339384260000096
分别为各设备额定容量的设计上界和下界。
本发明的风光氢综合能源系统容量配置方法，考察了不同用能负荷、不同风光资源禀赋场景，对综合能源系统的优化设计及运行情况的影响。在本实施例中，风力发电系统、光伏发电系统、电解槽、燃料电池、储氢罐、电热锅炉等设备的相关参数如表1所示。系统设计寿命为20年，折现率为6％，系统单位调度时间为1h。
模型均在GAMS平台实现，采用CPLEX优化算法进行求解。
Figure RE-GDA0003339384260000101
表1
请参阅图2a和图2b，考虑到工商业电热负荷和普通居民电热负荷在电热负荷比例、负荷时间、气温特性上的不同特点，本研究基于eQUEST能耗软件对典型办公楼和居民楼的热电负荷进行了模拟仿真，其逐小时及每月的平均热电负荷特性如图 2a和图2b所示。办公楼的年度总电热负荷需求分别为1400.72和227.26MWh，主要集中在上午7点至晚上8点的工作时间，晚上的负荷需求较低，热负荷需求远小于居民楼。居民楼的电热负荷需求分别为1066.57和1148.19MWh，主要集中在三餐时间及晚上，且具有典型的季节性特点，冬季供暖需求较高造成热负荷明显增高，而夏季供冷需求较高造成电力负载增大。若全部采取传统向电网买电方式供能，办公楼和居民楼用能场景下的年运行成本分别为152.58和153.36万元，折合的全生命周期成本净现值分别为1750.08和1759.02万元。
由于办公楼与居民楼在向电网买电时分属工商业用电和居民用电，本实施例中采用上海市工商业电费和居民电费的分时计算方法，工商业和生活电费标准如表2 所示：
Figure RE-GDA0003339384260000111
表2
基于本发明的风光氢综合能源系统容量配置方法，面向上海市居民楼的资源与用能特点，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化。优化结果显示，系统全生命周期成本净现值为1239.23万元，其中初始投资成本和年度运行成本分别为410.26和69.41万元，与只向电网买电方式供能方式相比，系统成本减少29.19％。风机、光伏、电解槽、燃料电池和储氢罐的设计容量分别为187.88kW、599.83kW、 35.79kW、31.54kW和12.02kg。
综上所述，本发明的风光氢综合能源系统容量配置方法，对风光氢综合能源系统实施了设计及运行集成优化，更有利于提升风光氢综合能源系统的使用效率，减少风光氢综合能源系统的成本。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种风光氢综合能源系统容量配置方法，所述风光氢综合能源系统至少包括光伏发电系统、风力发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉，其特征在于，所述容量配置方法包括以下步骤：
S1，输入风光氢综合能源系统热、电逐时负荷以及风光氢综合能源系统各设备的经济参数和技术参数；
S2、构建风光氢综合能源系统容量配置的数学模型，考虑的约束条件包括：风设备特性方程、质量平衡方程、功率特性约束、弃电率约束和设计约束；
S3、以风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值最小化为优化目标，对风光氢综合能源系统各设备的容量进行优选；
S4、输出风力发电系统、光伏发电系统、电解槽、储氢罐、燃料电池和电热锅炉的最优容量，得到风光氢综合能源系统各设备的最优容量配置。
2.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，综合考虑风光氢综合能源系统的投资成本、年度运行成本和因设备折旧而更换设备的成本，构建的风光氢综合能源系统容量配置的数学模型为风光氢综合能源系统全生命周期下的成本净现值；风光氢综合能源系统的年度运行成本包括从电网购电成本、设备操作成本和电解储氢过程中氢气压缩的成本；成本净现值NPV的具体表达式为：
Figure FDA0003288902970000011
Figure FDA0003288902970000012
式(1)和式(2)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；Wq代表设备q的额定容量；Cinv,q代表设备q的单位投资成本；Copt,q代表设备q的单位运行成本；Pbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的功率；Cbuy,t代表第t时刻下的从电网购电的价格；Δt为运行调度的单位时间间隔；Ccomp为将每摩尔氢气压缩至所需压力的平均费用；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为将电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；CRFl,i为当设备寿命为l，折现率为i时的投资回收系数；
Figure FDA0003288902970000021
为将第n年设备q的替换成本，不需要更换设备时
Figure FDA0003288902970000022
3.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述设备特性方程包括风力发电系统的设备特性方程和光伏发电系统的设备特性方程，其中：
风力发电系统的功率输出特性PWT由风机额定功率WWT和风速v共同决定，风力发电系统的设备特性方程的表达式为：
Figure FDA0003288902970000023
式(3)中，vci为风机的切入风速；vR为风机的切出风速和vco为风机的额定风速；
光伏发电系统的功率输出功率特性PPV受到光照辐射G、组件温度TC以及组件特性的影响，光伏发电系统的设备特性方程的表达式为：
Figure FDA0003288902970000024
式(4)中，光伏的额定容量WPV是标准测试工况下光伏最大输出功率，其对应的测试条件为GSTC＝1kW/m2和TSTC＝25℃；β为温度影响系数，β＝-0.0047K-1；采用环境温度作为光伏的组件温度TC。
4.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述质量平衡方程包括电功率平衡方程、热功率平衡方程和氢气质量平衡方程；其中：
电功率平衡方程描述了任意t时刻下系统母线上的输入与输出功率相等，电功率平衡方程表达式为：
Pbuy,t+PWT,t+PPV,t+ηFC,EPFC,t＝PELE,t/ηELE+Pheat,t+Pload,t+Ploss,t (5)
式(5)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t时刻下电热锅炉的用电功率；Pload,t代表第t时刻下系统总电功率需求；Ploss,t代表第t时刻下弃电功率；ηFC,E代表燃料电池的电转化效率；ηELE代表电解槽的电转化效率；Pbuy,t代表第t时刻下从电网买电的功率；PPV,t代表第t时刻下风力发电系统的实际输出功率；PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；
热功率平衡方程描述了任意t时刻下燃料电池和电热锅炉所产生的热功率与热负荷需求相等，热功率平衡方程表达式为：
ηpfPheat,t+ηFC,HPFC,t＝Qload,t (6)
式(6)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；Pheat,t代表第t时刻下电热锅炉的用电功率；Qload,t为第t时刻下的系统总热功率需求；ηFC,H为燃料电池的热转化效率；ηpf为电热锅炉的转换效率；
氢气质量平衡方程描述了储氢罐的入口与出口流量相等，氢气质量平衡方程的表达式为：
Figure FDA0003288902970000031
式(7)中，PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；ηE,H为电解过程中电量和氢气量的转换系数，单位为kWh/kg；St为第t时刻下的储氢罐的储氢量，St不大于储氢罐的额定容量WH,St取值范围的表达式为：
0≤St≤WH (8)。
5.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述功率特性约束是指电解槽和燃料电池在运行过程中满足最大/最小功率约束，所述功率特性约束的表达式为：
Figure FDA0003288902970000032
Figure FDA0003288902970000033
式(9)和式(10)中，yELE,t代表第t时刻下电解槽的启动状态；yFC,t代表第t时刻下燃料电池的启动状态；yELE,t和yFC,t是0-1变量；yt＝0时代表设备处于停止状态，yt＝1代表设备处于运行状态；
Figure FDA0003288902970000034
为代表为保证电解槽正常运行时其实际功率相对于其额定功率的最小比例；
Figure FDA0003288902970000035
代表为保证电解槽正常运行时其实际功率相对于其额定功率的最大比例；
Figure FDA0003288902970000036
代表燃料电池实际功率相对于其额定功率的最小比例；
Figure FDA0003288902970000041
代表燃料电池实际功率相对于其额定功率的最大比例；补充Wele代表电解槽的额定容量；WFC代表燃料电池的额定容量，PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；PELE,t为第t时刻下电解槽的实际输出功率；PFC,t代表第t时刻下燃料电池的实际输出功率；
式(9)和式(10)涉及到整数二元变量和优化变量的乘积，是一个非线性约束，对式(9)和式(10)分别进行线性化转换简化，式(9)简化为：
Figure FDA0003288902970000042
式(11)中，
Figure FDA0003288902970000043
为电解槽配置的最大可能容量，补充WELE代表电解槽的额定容量；
式(10)参照式(9)进行简化。
6.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述弃电率约束的表达式为：
Figure FDA0003288902970000044
式(12)中，ε代表年度最大允许弃电率；PPV,t代表第t时刻下风力发电系统的实际输出功率；PWT,t代表第t时刻下光伏发电系统的实际输出功率；Ploss,t代表第t时刻下风光氢综合能源系统的弃电功率；Δt为运行调度的单位时间间隔。
7.根据权利要求1所述的一种风光氢综合能源系统容量配置方法，其特征在于，步骤S2中，所述设计约束的表达式为：
Wq min≤Wq≤Wq max (13)
式(13)中，下标q代表风光氢综合能源系统中的各设备；Wq代表各设备的设计容量；Wq min和Wq max分别为各设备额定容量的设计上界和下界。
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