基于电-氢混合储能的AC/DC微电网优化调度助力低碳建筑减排增效

为应对可再生能源间歇性对建筑微电网稳定性的挑战，研究人员创新性地将电-氢混合储能系统（EH-HESS）集成于AC/DC微电网，提出两阶段MILP/MIQP优化调度方法。通过光伏-柴油发电机-电池-氢子系统（PEMFC/EL）协同建模与PWL近似处理，实现日均成本降低18.7%、碳排放减少23.4%，为建筑能源系统低碳转型提供可扩展解决方案。

　　

全球建筑能耗占碳排放40%的严峻现实下，传统微电网依赖单一电池储能（BESS）难以解决风光发电的间歇性与建筑多峰负荷的匹配难题。更棘手的是，现有调度模型往往忽略氢储能（HESS）效率动态变化特性，导致季节性储能潜力开发不足。国家电网江苏电力研究院团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的这项研究，通过电-氢混合储能（EH-HESS）与AC/DC微电网的协同创新，为破解这一系列难题提供了关键技术路径。

研究采用三大关键技术：1）基于质子交换膜（PEM）电解槽/燃料电池的非线性特性构建PWL近似模型；2）两阶段优化框架（日前MILP+实时MIQP-MPC）；3）融合污染物排放成本的多目标函数设计。通过典型建筑负荷/PV曲线验证，系统量化了EH-HESS在跨时间尺度调度中的经济环境效益。

【系统架构】
构建包含光伏-柴油发电机-电池-氢子系统（FC/EL/H₂储罐）的AC/DC混合微电网，通过互联变流器（ILC）实现交直流母线功率柔性分配。特别针对质子交换膜电解槽的电压-电流非线性关系，采用5段PWL近似保留90%以上建模精度。

【调度模型】
日前阶段以MILP形式优化24小时机组组合，考虑DG启停成本与H₂存储动态；实时阶段采用滚动时域MIQP处理PV预测误差，通过二次成本函数最小化功率波动。关键突破在于将FC效率曲线η_FC=f(P_FC)转化为15段线性约束。

【场景对比】
无HESS的基准场景显示，依赖DG调峰导致日均成本增加22%；而EH-HESS场景通过谷电制氢-峰时发电策略，使燃料成本降低31%。特别值得注意的是，氢储能贡献了76%的季节性负荷转移能力，这是纯电池系统无法实现的。

该研究证实：1）PWL近似使复杂电化学模型调度问题计算耗时减少83%；2）两阶段方法较单一日前调度提升经济效益12.5%；3）EH-HESS协同可将可再生能源渗透率上限从58%提升至72%。这些发现为建筑微电网应对"双碳"目标提供了兼具实时响应与长期规划能力的解决方案，尤其适合中国等高比例可再生能源接入地区。未来需重点突破氢安全监控（ISO/TR 15916标准）与电解槽/燃料电池成本瓶颈，推动该技术从示范走向规模化应用。