CN114722591A - 一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，具体步骤如下：首先，构建净零能耗建筑中电、热设备运行约束条件；其次，构建包含电解槽、燃料电池、储氢装置的氢设备运行约束条件；随后，考虑建筑物年净零能耗约束，建立考虑源荷不确定性的电氢热多能流设备鲁棒规划模型；最后，采用基于交替优化程序的列和约束生成算法求解净零能耗建筑电热氢多能流设备鲁棒规划模型。本发明规划方法通过使用净零能耗建筑，在促进用户侧可再生能源开发利用、降低建筑领域能耗、减少温室气体排放等方面展现出重要的作用；考虑氢能设备与电能、热能设备的协同应用，并充分考虑净零建筑内的源荷不确定性因素。

Description

一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法

技术领域

本发明涉及综合能源系统优化技术领域，具体是一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法。

背景技术

净零能耗建筑在促进用户侧可再生能源开发利用、降低建筑领域能耗、减少温室气体排放等方面展现出重要的作用。随着电制氢、微型燃料电池、储氢技术的快速发展，氢设备在能源领域得到了广泛应用。

考虑到氢能设备与电能、热能设备的协同应用，可以实现光伏风机等可再生能源的季节性及日内互补，进而提升新能源的利用效率，其在建筑领域具有广泛的应用前景。现有净零建筑供能系统中没有考虑如何使用氢能设备提升整个供能系统的运行经济性和灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，通过使用净零能耗建筑，在促进用户侧可再生能源开发利用、降低建筑领域能耗、减少温室气体排放等方面展现出重要的作用；考虑氢能设备与电能、热能设备的协同应用，并充分考虑净零建筑内的源荷不确定性因素，实现光伏风机等可再生能源的季节性及日内互补，进而提升净零建筑的新能源利用效率、运行经济性和灵活性，与现有成果相比该规划方法，可有效提升净零能耗建筑的运行效率效益。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，所述规划方法具体包括如下步骤：

步骤1，构建净零能耗建筑中电、热设备运行约束条件。

步骤2，构建包含电解槽、燃料电池、储氢装置的氢设备运行约束条件。

步骤3，考虑建筑物年净零能耗约束，建立考虑源荷不确定性的电氢热多能流设备鲁棒规划模型。

步骤4，采用基于交替优化程序的列和约束生成算法求解电热氢多能流设备鲁棒规划模型。

进一步的，所述步骤1具体包括如下步骤：

步骤1.1，构建包含电解槽、燃料电池、储氢装置的氢设备运行约束条件。建立吸收式制冷机、电热泵、光热板运行约束如下：

式中，下标s、t、c分别表示典型场景、日内时段、设备候选容量，上标～表示不确定变量，

分别表示吸收式制冷机输入热功率、输出冷功率，

分别表示电热泵输入电功率、输出热功率、输出冷功率，

表示光热板输出热功率，η^ac、η^st分别表示吸收式制冷机、光热板的转换效率。

分别表示电热泵的电转热、电转冷效率，κ^hp表示电热泵的热功率分配比，

分别表示吸收式制冷机、电热泵、光热板的0-1安装变量，

分别表示吸收式制冷机、电热泵、光热板的候选安装容量，

表示太阳辐射强度。

步骤1.2，建立光伏、风机运行约束如下：

式中，

分别表示光伏、风机的输出电功率，

分别表示光伏、风机的0-1安装变量，

分别表示光伏、风机的候选安装容量，η^pv表示光伏的转化效率，

表示风机的标幺化功率输出比。

进一步的，所述步骤2具体包括如下步骤：

步骤2.1，建立燃料电池、电解槽运行约束如下：

式中，k表示日内时段，N_t表示日内时段数量，chp、ed分别表示燃料电池、电解槽，{·}表示两种设备的集合，

分别表示两种设备启、停的0-1状态变量，

表示两种设备的最小开机、关机时间，

表示两种设备的最大开机时间。

分别表示时段t、t-1两种设备是否在线的0-1状态变量，δ^{·}表示两种设备的最小运行容量百分比，

表示两种设备的0-1安装变量，

表示两种设备的候选安装容量。

分别表示燃料电池的输入氢功率、输出电功率、输出热功率，

分别表示电解槽的输入电功率、输出氢功率，

表示两种设备的爬坡功率，

表示两种设备的最大爬坡功率，η^{·}表示两种设备的转换效率，κ^chp表示燃料电池的余热转换效率。

步骤2.2，建立日内储氢、季节性储氢运行约束如下：

式中，bs、hs、shs、ts分别表示储能电池、日内储氢、季节性储氢、热储能，{·}表示四种设备的集合，N_s表示典型场景数量，

分别表示储能电池的充、放电功率，

分别表示日内储氢的充、放氢功率。

分别表示季节性储氢的充、放氢功率，

分别表示热储能的充、放热功率，

表示四种储能设备的0-1安装变量，

表示四种储能设备的候选安装容量，μ^{·}表示四种储能设备的功率容量安装比，

表示四种储能设备的剩余容量。

分别表示四种储能设备的容量上限、下限百分比，

分别表示四种储能设备初始、结束时段的剩余容量，η^{·}表示四种储能设备的自损失系数，η^{·}+、η^{·}-分别表示四种储能设备的充能、放能损失系数，D_s-1表示典型场景s-1在一年内的天数。

分别表示季节性储氢在场景s-1下的初始、结束时段剩余容量，

分别表示季节储氢在典型场景s下的储氢、放氢0-1状态变量，M表示一个较大的正数。

进一步的，所述步骤3具体包括如下步骤:

步骤3.1，建立电、热、冷、氢功率平衡约束如下：

式中，

分别表示净零建筑从电网购入、输出的电功率，

分别表示建筑的电、热、冷负荷，

分别表示净零建筑电、热、冷负荷的削减量。

步骤3.2，建立电、热、冷负荷削减功率上限约束如下：

式中，

分别表示净零建筑电、热、冷负荷的基准值，

分别表示建筑电、热、冷负荷的最大削减百分比。

步骤3.3，建立电网交换功率约束和净零能耗约束如下：

式中，

表示从电网购入和输出电功率的上限，

分别表示从电网购入、输出电功率的0-1状态变量，Δt表示时段t的时长。

步骤3.4，建立目标函数与各项具体成本如下：

式中，ψ表示设备集合，表示典型场景s的天数，C^inv、C^om、C^grid、C^deg、C^ls分别表示年投资成本、年设备运维成本、年电网交易电量成本、年设备降解成本、年削负荷成本。

分别表示吸收式制冷机、储能电池、燃料电池、电解槽、电热泵、日内储氢、光伏、季节性储氢、光热板、热储能、风机的年投资成本。

x表示鲁棒模型的第一阶段0-1变量，u表示第二阶段的不确定变量，y、z分别表示第二阶段最恶劣场景下的连续运行、0-1运行变量，φ_ψ表示设备资本回收系数，σ表示贴现率，Y_ψ表示设备投资年限，

表示设备单位投资成本。

表示设备投资0-1变量，

表示设备候选安装容量，

分别表示燃料电池启、停单位成本，

分别表示电解槽启、停单位成本，

分别表示储能电池、燃料电池、电解槽、电热泵、光伏、风机、日内储氢、季节储氢、吸收式制冷剂、光热板、热储能的单位功率运行成本。

分别表示储能电池、燃料电池、电解槽的单位功率降解成本，

分别表示购电、卖电成本，

分别表示电、热、冷负荷单位削减成本。

电热冷负荷、风机出力、太阳辐射等日内不确定性约束为：

式中，U表示第二阶段不确定变量的集合，

表示不确定性电负荷，

分别表示电负荷的实际值、预测值、预测上偏差值、预测下偏差值，

表示电负荷是否为预测上偏差值、预测下偏差值的0-1变量，

表示典型场景内整个调度周期的不确定性预算参数。

进一步的，所述步骤4具体包括如下步骤:

步骤4.1，将电热氢多能流供能设备规划模型简写成通用矩阵形式。

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

Ey+Fz+Gu≤l-Hx,z∈{0,1}

式中，A、B、C、D、E、F、G、H、b、l表示第二阶段不确定变量的集合，Ω(x,u)表示y和z在某一确定的x和u下的可行域。

步骤4.2，将min-max-min两阶段鲁棒规划问题转化为主、子问题，对子问题转化为u固定子问题和z固定子问题的优化问题，通过迭代求解得到优化结果。

其中子问题为如下所示的max-min双层优化问题

s.t.B^Tx^*≤b

Ey+Fz+Gu≤l-Hx^*,z∈{0,1}

式中，x^*表示主问题中的优化结果，作为已知变量带入子问题。

步骤4.3，主、子问题迭代求解。

进一步的，所述步骤4.2中的子问题进一步分解为:

步骤4.2.1，u固定子问题

s.t.Ey+Fz+Gu^*≤f-Hx^*,z∈{0,1}

式中，u^*表示z固定子问题中的优化结果，作为已知变量带入u固定子问题。

步骤4.2.2，z固定子问题

s.t.-λ^TE≥C^T,λ^T≥0

式中，θ表示z固定子问题的目标函数，z^*表示u固定子问题中的优化结果，作为已知变量带入z固定子问题。λ表示关于不等式约束的对偶变量。考虑到双线性项λ^Tu使得较难求解，使用大M法将上式转化为线性优化问题，u固定子问题和z固定子问题迭代求解直至收敛，获得子问题的优化结果。

将子问题的第m次优化结果

代入，并创建新的与之对应的变量y_m,z_m，得到如下主问题：

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

式中，r表示总迭代次数，主、子问题迭代求解至满足收敛条件。

进一步的，所述步骤4.3中主、子问题迭代求解步骤为：

初始化：设置x⁰为主问题的一个可行解，迭代次数m＝1，将x⁰代入如步骤4.3.2到4.3.5的子问题迭代过程，求解得到子问题的

设置下边界LB＝-∞，上边界UB＝+∞，设置主问题收敛系数ψ。

步骤4.3.1，将

代入主问题，求解得到

更新

步骤4.3.2，设置迭代次数v＝1，将z松弛为连续变量，将

代入z固定子问题，求解得到u^v。

步骤4.3.3，将

代入到固定子问题，求解得到(y^v,z^v)。

步骤4.3.4，将(z^v,x^m)代入z固定子问题，求解得到(u^v+1,z^v+1)，v＝v+1。

步骤4.3.5，判断u^v＝＝u^v-1是否成立，若成立则输出优化结果

更新

进入步骤4.3.6。否则跳回步骤4.3.3。

步骤4.3.6，判断-ψ<(UB-LB)/UB<ψ是否成立，若成立则停止，输出优化结果。否则，跳回步骤4.3.1。

本发明的有益效果：

1、本发明规划方法通过使用净零能耗建筑，在促进用户侧可再生能源开发利用、降低建筑领域能耗、减少温室气体排放等方面展现出重要的作用；

2、本发明规划方法考虑氢能设备与电能、热能设备的协同应用，并充分考虑净零建筑内的源荷不确定性因素，实现光伏风机等可再生能源的季节性及日内互补，进而提升净零建筑的新能源利用效率、运行经济性和灵活性，与现有成果相比该规划方法，可有效提升净零能耗建筑的运行效率效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明净零能耗建筑电热氢多能流供能设备结构图；

图2是本发明规划方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，净零能耗建筑电热氢多能流供能设备包含光伏、风机、储能电池、电热泵、光热板、吸收式制冷机、热储能、燃料电池、电解槽、日内储氢、季节性储氢，其中光伏和风机产生电能，电热泵将电能转化为热能，光热板产生热能。

吸收式制冷机将热能转化为冷能，电解槽将电能转换为氢能，微型燃料电池将氢能转换为电能和热能，剩余电、热、氢能分别由各类储能装置进行存储，多能流设备通过能量转换和协调对建筑物内电热冷负荷进行供应，并使得建筑物一年内从电网输入的电量之和小于等于其输出值，即净零能耗要求。

如图2所示，一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，具体包括如下步骤：

步骤1，构建净零能耗建筑中电、热设备运行约束条件；

步骤1.1，建立吸收式制冷机、电热泵、光热板运行约束如下：

式中，下标s、t、c分别表示典型场景、日内时段、设备候选容量，上标～表示不确定变量，

分别表示吸收式制冷机输入热功率、输出冷功率，

分别表示电热泵输入电功率、输出热功率、输出冷功率，

表示光热板输出热功率，η^ac、η^st分别表示吸收式制冷机、光热板的转换效率，

分别表示电热泵的电转热、电转冷效率，κ^hp表示电热泵的热功率分配比，

分别表示吸收式制冷机、电热泵、光热板的0-1安装变量，

分别表示吸收式制冷机、电热泵、光热板的候选安装容量，

表示太阳辐射强度。

步骤1.2，建立光伏、风机运行约束如下：

式中，

分别表示光伏、风机的输出电功率，

分别表示光伏、风机的0-1安装变量，

分别表示光伏、风机的候选安装容量，η^pv表示光伏的转化效率，

表示风机的标幺化功率输出比。

步骤2，构建包含电解槽、燃料电池、储氢装置的氢设备运行约束条件；

步骤2.1，建立燃料电池、电解槽运行约束如下：

式中，k表示日内时段，N_t表示日内时段数量，chp、ed分别表示燃料电池、电解槽，{·}表示两种设备的集合，

分别表示两种设备启、停的0-1状态变量，

表示两种设备的最小开机、关机时间，

表示两种设备的最大开机时间，

分别表示时段t、t-1两种设备是否在线的0-1状态变量，δ^{·}表示两种设备的最小运行容量百分比，

表示两种设备的0-1安装变量，

表示两种设备的候选安装容量，

分别表示燃料电池的输入氢功率、输出电功率、输出热功率，

分别表示电解槽的输入电功率、输出氢功率，

表示两种设备的爬坡功率，

表示两种设备的最大爬坡功率，η^{·}表示两种设备的转换效率，κ^chp表示燃料电池的余热转换效率。

步骤2.2，建立日内储氢、季节性储氢(包含储能电池、热储能)运行约束如下：

式中，bs、hs、shs、ts分别表示储能电池、日内储氢、季节性储氢、热储能，{·}表示四种设备的集合，N_s表示典型场景数量，

分别表示储能电池的充、放电功率，

分别表示日内储氢的充、放氢功率，

分别表示季节性储氢的充、放氢功率，

分别表示热储能的充、放热功率，

表示四种储能设备的0-1安装变量，

表示四种储能设备的候选安装容量，μ^{·}表示四种储能设备的功率容量安装比，

表示四种储能设备的剩余容量，

分别表示四种储能设备的容量上限、下限百分比，

分别表示四种储能设备初始、结束时段的剩余容量，η^{·}表示四种储能设备的自损失系数，η^{·}+、η^{·}-分别表示四种储能设备的充能、放能损失系数，D_s-1表示典型场景s-1在一年内的天数，

分别表示季节性储氢在场景s-1下的初始、结束时段剩余容量，

分别表示季节储氢在典型场景s下的储氢、放氢0-1状态变量，M表示一个较大的正数。

步骤3，考虑建筑物年净零能耗约束，建立考虑源荷不确定性的电氢热多能流设备鲁棒规划模型；

式中，

分别表示净零建筑从电网购入、输出的电功率，

分别表示建筑的电、热、冷负荷，

分别表示净零建筑电、热、冷负荷的削减量。

步骤3.2，建立电、热、冷负荷削减功率上限约束如下：

式中，

分别表示净零建筑电、热、冷负荷的基准值，

分别表示建筑电、热、冷负荷的最大削减百分比。

步骤3.3，建立电网交换功率约束和净零能耗约束如下：

式中，

表示从电网购入和输出电功率的上限，

分别表示从电网购入、输出电功率的0-1状态变量，Δt表示时段t的时长。

步骤3.4，建立目标函数与各项具体成本如下：

式中，ψ表示设备集合，表示典型场景s的天数，C^inv、C^om、C^grid、C^deg、C^ls分别表示年投资成本、年设备运维成本、年电网交易电量成本、年设备降解成本、年削负荷成本。

分别表示吸收式制冷机、储能电池、燃料电池、电解槽、电热泵、日内储氢、光伏、季节性储氢、光热板、热储能、风机的年投资成本，x表示鲁棒模型的第一阶段0-1变量，u表示第二阶段的不确定变量，y、z分别表示第二阶段最恶劣场景下的连续运行、0-1运行变量，φ_ψ表示设备资本回收系数，σ表示贴现率，Y_ψ表示设备投资年限，

表示设备单位投资成本，

表示设备投资0-1变量，

表示设备候选安装容量，

分别表示燃料电池启、停单位成本，

分别表示电解槽启、停单位成本，

分别表示储能电池、燃料电池、电解槽、电热泵、光伏、风机、日内储氢、季节储氢、吸收式制冷剂、光热板、热储能的单位功率运行成本，

分别表示储能电池、燃料电池、电解槽的单位功率降解成本，

分别表示购电、卖电成本，

分别表示电、热、冷负荷单位削减成本。

电热冷负荷、风机出力、太阳辐射等日内不确定性约束为(以电负荷为例)：

式中，U表示第二阶段不确定变量的集合，

表示不确定性电负荷，

分别表示电负荷的实际值、预测值、预测上偏差值、预测下偏差值，

表示电负荷是否为预测上偏差值、预测下偏差值的0-1变量，

表示典型场景内整个调度周期的不确定性预算参数。

步骤4，采用基于交替优化程序的列和约束生成算法求解电热氢多能流设备鲁棒规划模型；

步骤4.1，将电热氢多能流供能设备规划模型简写成通用矩阵形式；

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

Ey+Fz+Gu≤l-Hx,z∈{0,1}

式中，A、B、C、D、E、F、G、H、b、l表示第二阶段不确定变量的集合，Ω(x,u)表示y和z在某一确定的x和u下的可行域。

步骤4.2，将min-max-min两阶段鲁棒规划问题转化为主、子问题，对子问题转化为u固定子问题和z固定子问题的优化问题，通过迭代求解得到优化结果。

其中子问题为如下所示的max-min双层优化问题

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

Ey+Fz+Gu≤l-Hx,z∈{0,1}

式中，x^*表示主问题中的优化结果，作为已知变量带入子问题，考虑到子问题的约束条件中含有0-1变量，无法直接将max-min问题对偶转化为max问题进行求解，因此，将子问题进一步分解：

步骤4.2.1，u固定子问题

s.t.Ey+Fz+Gu^*≤f-Hx^*,z∈{0,1}

式中，u^*表示z固定子问题中的优化结果，作为已知变量带入u固定子问题。

步骤4.2.2，z固定子问题

s.t.-λ^TE≥C^T,λ^T≥0

式中，θ表示z固定子问题的目标函数，z^*表示u固定子问题中的优化结果，作为已知变量带入z固定子问题。λ表示关于不等式约束的对偶变量。考虑到双线性项λ^Tu使得较难求解，使用大M法将上式转化为线性优化问题，u固定子问题和z固定子问题迭代求解直至收敛，获得子问题的优化结果。

将子问题的第m次优化结果

代入，并创建新的与之对应的变量ym,z_m，得到如下主问题：

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

式中，r表示总迭代次数，主、子问题迭代求解至满足收敛条件。

步骤4.3主、子问题迭代求解，主、子问题迭代求解步骤为：

初始化：设置x⁰为主问题的一个可行解，迭代次数m＝1，将x⁰代入如步骤4.3.2到4.3.5的子问题迭代过程，求解得到子问题的

设置下边界LB＝-∞，上边界UB＝+∞，设置主问题收敛系数ψ；

步骤4.3.1，将

代入主问题，求解得到

更新

步骤4.3.2，设置迭代次数v＝1，将z松弛为连续变量，将

代入z固定子问题，求解得到u^v；

步骤4.3.3，将

代入到固定子问题，求解得到(y^v,z^v)；

步骤4.3.4，将(z^v,x^m)代入z固定子问题，求解得到(u^v+1,z^v+1)，v＝v+1；

步骤4.3.5，判断u^v＝＝u^v-1是否成立，若成立则输出优化结果

更新

进入步骤4.3.6；否则跳回步骤4.3.3；

步骤4.3.6，判断-ψ<(UB-LB)/UB<ψ是否成立，若成立则停止，输出优化结果；否则，跳回步骤4.3.1。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述规划方法具体包括如下步骤：

步骤1，构建净零能耗建筑中电、热设备运行约束条件；

步骤2，构建包含电解槽、燃料电池、储氢装置的氢设备运行约束条件；

步骤3，考虑建筑物年净零能耗约束，建立考虑源荷不确定性的电氢热多能流设备鲁棒规划模型；

步骤4，采用基于交替优化程序的列和约束生成算法求解电热氢多能流设备鲁棒规划模型。

2.根据权利要求1所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：

步骤1.1，构建包含电解槽、燃料电池、储氢装置的氢设备运行约束条件；建立吸收式制冷机、电热泵、光热板运行约束如下：

式中，下标s、t、c分别表示典型场景、日内时段、设备候选容量，上标～表示不确定变量，

分别表示吸收式制冷机输入热功率、输出冷功率，

分别表示电热泵输入电功率、输出热功率、输出冷功率，

表示光热板输出热功率，η^ac、η^st分别表示吸收式制冷机、光热板的转换效率；

分别表示电热泵的电转热、电转冷效率，κ^hp表示电热泵的热功率分配比，

分别表示吸收式制冷机、电热泵、光热板的0-1安装变量，

分别表示吸收式制冷机、电热泵、光热板的候选安装容量，

表示太阳辐射强度；

步骤1.2，建立光伏、风机运行约束如下：

式中，

分别表示光伏、风机的输出电功率，

分别表示光伏、风机的0-1安装变量，

分别表示光伏、风机的候选安装容量，η^pv表示光伏的转化效率，

表示风机的标幺化功率输出比。

3.根据权利要求2所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：

步骤2.1，建立燃料电池、电解槽运行约束如下：

式中，k表示日内时段，N_t表示日内时段数量，chp、ed分别表示燃料电池、电解槽，{·}表示两种设备的集合，

分别表示两种设备启、停的0-1状态变量，

表示两种设备的最小开机、关机时间，

表示两种设备的最大开机时间；

分别表示时段t、t-1两种设备是否在线的0-1状态变量，δ^{·}表示两种设备的最小运行容量百分比，

表示两种设备的0-1安装变量，

表示两种设备的候选安装容量；

分别表示燃料电池的输入氢功率、输出电功率、输出热功率，

分别表示电解槽的输入电功率、输出氢功率，

表示两种设备的爬坡功率，

表示两种设备的最大爬坡功率，η^{·}表示两种设备的转换效率，κ^chp表示燃料电池的余热转换效率；

步骤2.2，建立日内储氢、季节性储氢运行约束如下：

式中，bs、hs、shs、ts分别表示储能电池、日内储氢、季节性储氢、热储能，{·}表示四种设备的集合，N_s表示典型场景数量，

分别表示储能电池的充、放电功率，

分别表示日内储氢的充、放氢功率；

分别表示季节性储氢的充、放氢功率，

分别表示热储能的充、放热功率，

表示四种储能设备的0-1安装变量，

表示四种储能设备的候选安装容量，μ^{·}表示四种储能设备的功率容量安装比，

表示四种储能设备的剩余容量；

分别表示四种储能设备的容量上限、下限百分比，

分别表示四种储能设备初始、结束时段的剩余容量，η{^·}表示四种储能设备的自损失系数，η^{·}+、η^{·}-分别表示四种储能设备的充能、放能损失系数，D_s-1表示典型场景s-1在一年内的天数；

分别表示季节性储氢在场景s-1下的初始、结束时段剩余容量，

分别表示季节储氢在典型场景s下的储氢、放氢0-1状态变量，M表示一个较大的正数。

4.根据权利要求3所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤:

步骤3.1，建立电、热、冷、氢功率平衡约束如下：

式中，

分别表示净零建筑从电网购入、输出的电功率，

分别表示建筑的电、热、冷负荷，

分别表示净零建筑电、热、冷负荷的削减量；

步骤3.2，建立电、热、冷负荷削减功率上限约束如下：

式中，

分别表示净零建筑电、热、冷负荷的基准值，

分别表示建筑电、热、冷负荷的最大削减百分比；

步骤3.3，建立电网交换功率约束和净零能耗约束如下：

式中，

表示从电网购入和输出电功率的上限，

分别表示从电网购入、输出电功率的0-1状态变量，Δt表示时段t的时长；

步骤3.4，建立目标函数与各项具体成本如下：

式中，ψ表示设备集合，表示典型场景s的天数，C^inv、C^om、C^grid、C^deg、C^ls分别表示年投资成本、年设备运维成本、年电网交易电量成本、年设备降解成本、年削负荷成本；

分别表示吸收式制冷机、储能电池、燃料电池、电解槽、电热泵、日内储氢、光伏、季节性储氢、光热板、热储能、风机的年投资成本；

x表示鲁棒模型的第一阶段0-1变量，u表示第二阶段的不确定变量，y、z分别表示第二阶段最恶劣场景下的连续运行、0-1运行变量，φ_ψ表示设备资本回收系数，σ表示贴现率，Y_ψ表示设备投资年限，

表示设备单位投资成本；

表示设备投资0-1变量，

表示设备候选安装容量，

分别表示燃料电池启、停单位成本，

分别表示电解槽启、停单位成本，

分别表示储能电池、燃料电池、电解槽、电热泵、光伏、风机、日内储氢、季节储氢、吸收式制冷剂、光热板、热储能的单位功率运行成本；

分别表示储能电池、燃料电池、电解槽的单位功率降解成本，

分别表示购电、卖电成本，

分别表示电、热、冷负荷单位削减成本；

电热冷负荷、风机出力、太阳辐射等日内不确定性约束为：

式中，U表示第二阶段不确定变量的集合，

表示不确定性电负荷，

分别表示电负荷的实际值、预测值、预测上偏差值、预测下偏差值，

表示电负荷是否为预测上偏差值、预测下偏差值的0-1变量，

表示典型场景内整个调度周期的不确定性预算参数。

5.根据权利要求4所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下步骤:

步骤4.1，将电热氢多能流供能设备规划模型简写成通用矩阵形式；

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

Ey+Fz+Gu≤l-Hx,z∈{0,1}

式中，A、B、C、D、E、F、G、H、b、l表示第二阶段不确定变量的集合，Ω(x,u)表示y和z在某一确定的x和u下的可行域；

步骤4.2，将min-max-min两阶段鲁棒规划问题转化为主、子问题，对子问题转化为u固定子问题和z固定子问题的优化问题，通过迭代求解得到优化结果；

其中子问题为如下所示的max-min双层优化问题

s.t.B^Tx^*≤b

Ey+Fz+Gu≤l-Hx^*,z∈{0,1}

式中，x^*表示主问题中的优化结果，作为已知变量带入子问题；

步骤4.3，主、子问题迭代求解。

6.根据权利要求5所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述步骤4.2中的子问题进一步分解为:

步骤4.2.1，u固定子问题

s.t.Ey+Fz+Gu^*≤f-Hx^*,z∈{0,1}

式中，u^*表示z固定子问题中的优化结果，作为已知变量带入u固定子问题。

步骤4.2.2，z固定子问题

s.t.-λ^TE≥C^T,λ^T≥0

式中，θ表示z固定子问题的目标函数，z^*表示u固定子问题中的优化结果，作为已知变量带入z固定子问题。λ表示关于不等式约束的对偶变量。考虑到双线性项λ^Tu使得较难求解，使用大M法将上式转化为线性优化问题，u固定子问题和z固定子问题迭代求解直至收敛，获得子问题的优化结果。

将子问题的第m次优化结果u^m*代入，并创建新的与之对应的变量ym,z_m，得到如下主问题：

s.t.B^Tx≤b,x∈{0,1}

式中，r表示总迭代次数，主、子问题迭代求解至满足收敛条件。

7.根据权利要求6所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述步骤4.3中主、子问题迭代求解步骤为：

初始化：设置x⁰为主问题的一个可行解，迭代次数m＝1，将x⁰代入如步骤4.3.2到4.3.5的子问题迭代过程，求解得到子问题的

设置下边界LB＝-∞，上边界UB＝+∞，设置主问题收敛系数ψ；

步骤4.3.1，将

代入主问题，求解得到

更新

步骤4.3.2，设置迭代次数v＝1，将z松弛为连续变量，将

代入z固定子问题，求解得到u^v；

步骤4.3.3，将

代入到固定子问题，求解得到(y^v,z^v)；

步骤4.3.4，将(z^v,x^m)代入z固定子问题，求解得到(u^v+1,z^v+1)，v＝v+1；

步骤4.3.5，判断u^v＝＝u^v-1是否成立，若成立则输出优化结果

更新

进入步骤4.3.6；否则跳回步骤4.3.3；

步骤4.3.6，判断-ψ<(UB-LB)/UB<ψ是否成立，若成立则停止，输出优化结果；否则，跳回步骤4.3.1。

8.根据权利要求3或4所述的一种净零能耗建筑电热氢多能流供能设备规划方法，其特征在于，所述季节性储氢包含储能电池和热储能。

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