中圖分類號：TK019 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）19-0005-09

Abstract：Toaddressresourceshortagesandenvironmentalissuescausedbytheuseoffosslfuels，photovoltaic（PVpower generationcoupledwithhydrogenproductionhasgainedwidespreadatentionasakeyaproach torenewableenergyutilization andgreehydrogenproduction.BasedonthemathematicalmodelofthePVgenerationunit，thisstudyemploysthePerturband Observe（amp;O）methodforMaximumPowerPointTracking（MPPT）controlofthePVsystem.AsimulationmodelintegratingPV modules，DC/DCconversioncircuits，andPWMcontrolmodulesisdevelopedtoanalyzethedynamicimpactofiradianceand temperaturevariationsonsystemperformance.Furthermore，consideringtheoperationalcharacteristicsofanAC/DCcoupled hydrogenproductionsystem，anoptimizationschedulingmodelisdesignedwithaneconomicobjectivefunctionandmutiple constraints，proposingcurrentdistributionandpowersupplystrategiesforvariousscenarios.Theresultsdemonstratethatthe developedsystemmodelexhibitsexcelentresponsivenessandstabilityunderdynamicconditions，efectivelyenhancigthe utilizationeficiencyofPVpowerandhydrogenproduction.Thisprovidestheoreticalsupportandtechnicalguidanceforthedeep integration of renewable energy and green hydrogen production.

Keywords：photovoltaicpowergeneration;hydrogenproductiontechnology；AC/DCcoupledsystem;optimalscheduling;fosil energy

能源是推動社會進步的重要支柱，長期以來，化石能源的過度開采和使用，不僅引發(fā)了資源枯竭的風險，還顯著加劇了全球氣候變暖、環(huán)境污染等生態(tài)問題，成為全球發(fā)展面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。在此背景下，中國提出“雙碳”目標-，即2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”，這一承諾將加速能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級，推動可再生能源的發(fā)展及其在能源供應體系中的比重提升69]。近年來，中國積極推動綠色低碳能源替代傳統(tǒng)高碳能源，大力發(fā)展可再生能源[0]。然而，光伏等可再生能源的間歇性與波動性特性，導致了“棄光”等資源浪費現(xiàn)象，這成為進一步提升可再生能源利用率的主要挑戰(zhàn)。

作為二次能源，氫因其高能量密度、高轉(zhuǎn)化效率以及零污染的特點，被視為未來清潔能源的重要載體。根據(jù)生產(chǎn)方式的不同，氫分為“灰色氫氣\"“藍色氫氣\"和“綠色氫氣”，其中“綠色氫氣\"通過可再生能源發(fā)電電解水制得，碳排放可實現(xiàn)凈零目標，是最具可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ臍錃馍a(chǎn)方式[1-13]。

通過將光伏發(fā)電與制氫技術(shù)結(jié)合，光伏耦合制氫系統(tǒng)應運而生。這一系統(tǒng)不僅能夠通過制氫和儲氫技術(shù)對電網(wǎng)實現(xiàn)“削峰填谷”，還能在電解槽快速響應的支持下，提升可再生能源的綜合利用效率。然而，目前針對以制氫為核心目標的光伏耦合制氫系統(tǒng)研究尚不充分，系統(tǒng)設計和優(yōu)化調(diào)度問題亟待進一步探索。本研究將圍繞這一主題展開，旨在提出高效的系統(tǒng)設計方案，并優(yōu)化調(diào)度策略，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。

1制氫系統(tǒng)設計與優(yōu)化調(diào)度的研究現(xiàn)狀

光伏發(fā)電制氫系統(tǒng)根據(jù)與電網(wǎng)的連接方式可分為離網(wǎng)、并網(wǎng)和非并網(wǎng)3種場景。離網(wǎng)模式主要應用于偏遠地區(qū)，通過獨立微電網(wǎng)滿足用電需求，研究重點在光伏發(fā)電與電解槽、儲氫設備的容量優(yōu)化及經(jīng)濟性分析，盡管可提升光伏利用率，但成本較傳統(tǒng)供電方式高[4-15]。并網(wǎng)模式主要通過消納過剩電能降低制氫成本并提升電網(wǎng)友好性，研究表明，合理配置電解槽和儲能設備可顯著減少“棄光\"現(xiàn)象，并優(yōu)化削峰填谷功能[16-18]。然而，電-氫-電轉(zhuǎn)換效率偏低仍是限制經(jīng)濟性的主要因素。非并網(wǎng)模式針對高載能產(chǎn)業(yè)或特殊應用，直接利用光伏發(fā)電制氫，無需依賴電網(wǎng)，通過優(yōu)化設備容量組合提升經(jīng)濟效益并避免電網(wǎng)資源浪費[19-20]。光伏制氫系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置需結(jié)合資源預測與負荷需求，研究集中于目標函數(shù)設計與求解算法改進。目標函數(shù)方面，單目標優(yōu)化以經(jīng)濟性為核心，多目標優(yōu)化則綜合考慮經(jīng)濟性、可靠性和能量利用率。求解算法方面，啟發(fā)式算法（如遺傳算法、粒子群算法）因其全局優(yōu)化能力和計算效率得到廣泛應用，改進算法（如混沌量子粒子群算法）進一步提升了優(yōu)化性能。此外，研究還針對動態(tài)電價、設備特性及環(huán)境因素開發(fā)了優(yōu)化模型，為光伏制氫系統(tǒng)的設計與優(yōu)化提供了重要支持，但經(jīng)濟性和調(diào)節(jié)性能仍有待進一步提升。

盡管光伏制氫系統(tǒng)的設計與優(yōu)化研究已取得一定進展，但現(xiàn)有研究在經(jīng)濟性提升和動態(tài)調(diào)控能力方面仍存在不足，尤其是在復雜環(huán)境條件下的運行效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面亟需改進?；诖?，本文圍繞光伏制氫系統(tǒng)的動態(tài)性能優(yōu)化，深入探討了光伏發(fā)電單元的建模與控制、交直流耦合系統(tǒng)的拓撲設計及其優(yōu)化調(diào)度策略，旨在為進一步提高光伏制氫系統(tǒng)的經(jīng)濟性與運行效率提供理論支持和技術(shù)方案。

2 交直流耦合系統(tǒng)

2.1光伏發(fā)電單元數(shù)學模型

光伏發(fā)電是一種清潔高效的能源技術(shù)，其核心原理是通過光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏電池作為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，決定了發(fā)電性能和應用場景。當前，硅基光伏電池因其成熟的制造工藝和優(yōu)越的性能，成為光伏發(fā)電中最普及的技術(shù)類型，主要包括單晶硅、多晶硅和非晶硅3種類型。其中，單晶硅電池憑借更高的光電轉(zhuǎn)換效率和較長的使用壽命，在技術(shù)上占據(jù)顯著優(yōu)勢；而多晶硅電池以生產(chǎn)成本較低的特點，展現(xiàn)了在大規(guī)模應用中的經(jīng)濟競爭力。

光伏電池的運行基于光伏效應，完成從太陽能到電能的直接轉(zhuǎn)化。當太陽光照射在光伏電池表面時，半導體材料吸收光子能量，激發(fā)出電子和空穴等載流子。在載流子未復合之前，光伏電池內(nèi)部的空間電荷區(qū)形成了內(nèi)建電場，促使電子和空穴定向移動，分別進入N型區(qū)和P型區(qū)，從而在電池兩端形成光生電壓。這一過程實現(xiàn)了光能向電能的轉(zhuǎn)換，為光伏發(fā)電提供了核心動力。晶體硅電池的具體等效電路模型如圖1所示，展現(xiàn)了其運行的電路特性。

等效電路由以下關(guān)鍵元件組成：光生電流源、并聯(lián)二極管、等效并聯(lián)電阻 R_sh 、等效串聯(lián)電阻 R_s 以及負載 R 。其中，光生電流源 I_ph 表示太陽光照射在光伏電池表面時產(chǎn)生的光生電流；并聯(lián)二極管模擬光伏電池的非線性特性，其總擴散電流為 I_d ；等效并聯(lián)電阻 R_sh 表示內(nèi)部的漏電通路；等效串聯(lián)電阻 R_s 則反映了電池內(nèi)部材料的導電損耗，負載電阻 R 是光伏電池輸出端的外部負載。

光伏電池的輸出電流 I 是通過負載的電流，而負載電壓 U 則是光伏電池的輸出電壓。根據(jù)基爾霍夫電流定律，可以寫出光伏電池的總輸出電流方程

式中： n 為二極管特性擬合參數(shù)； k 為玻爾茲曼常數(shù)，1.381×10^-23J/K;q 為電子電荷量， 1.6×10^-19C;I_o 為二極管反向飽和電流； T 為光伏電池工作溫度。在實際工程應用中，為了簡化計算，通常對光伏電池的輸出特性方程進行適當近似處理。由于串聯(lián)電阻 R_s 的值通常較小，并聯(lián)電阻 R_sh 的值通常較大，可以忽略等效電路中公式的第三項（漏電流項）。因此，原輸出特性方程可簡化為

當光伏電池短路時，外部負載被短接，光生電流I_ph 流向外部的短路負載，此時的短路電流 I_sc 等于光電流 I_ph 。當光伏電池輸出端開路時，輸出電流 I=0 ，此時可獲得開路電壓 U_∞ 引人參數(shù) C₁I_sc=I，C₂U_oc=nkT/q ，可以進一步簡化光伏電池的輸出特性方程。最終，光伏電池的簡化輸出特性方程表達為

當處于最大功率時

式中： ：I_sc?U_oc?I_m?U_m 參數(shù)代表光伏電池的關(guān)鍵特性，分別為光伏電池短路電流、開路電壓、最大功率時的電流以及最大功率時的電壓。

由于光伏電池的性能受到光照強度和溫度變化的顯著影響，其參數(shù)值會隨環(huán)境條件變化而發(fā)生改變。為了對其性能進行標準化和便于分析，通常引入標準條件下的光照強度 G_ref 和溫度 T_ref ，令 ΔT=T-T_ref ΔG=G/（G_ref-1） ，則

式中：光伏電池的系數(shù) Π_{a，b，c} 分別對應不同的物理參數(shù)，其具體取值為 a=0.0025^°C^-1 ，溫度系數(shù)，與電池性能隨溫度變化的關(guān)系有關(guān)； b=0.5m²/W ，輻照度系數(shù)，用于描述光伏電池的光響應特性； c=0.00288^°C^-1 ，另一個溫度相關(guān)參數(shù)，反映溫度對電池性能的影響。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為滿足負載的功率需求，通常將多個光伏組件以串聯(lián)和并聯(lián)的方式組合成光伏陣列。假設光伏陣列由 N 個光伏組件串聯(lián)，且每串包含 M 個光伏組件并聯(lián)，則光伏陣列的輸出電壓 U_a 和輸出電流 I_a 可表示為

通過這種設計，串聯(lián)的光伏組件可以提高輸出電壓，而并聯(lián)的組件則能增加輸出電流，從而滿足不同負載的功率要求并實現(xiàn)穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出。

2.2 光伏發(fā)電仿真模擬與分析

光伏電池的輸出特性表明，環(huán)境溫度和光照強度的變化會直接影響其最大輸出功率。為了確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠在不同的環(huán)境條件下始終以最大功率運行，通常需要采用最大功率點跟蹤（MPPT）技術(shù)對系統(tǒng)進行動態(tài)控制。MPPT技術(shù)能夠根據(jù)光照強度和溫度的實時變化調(diào)整光伏系統(tǒng)的運行參數(shù)，從而保證系統(tǒng)始終運行在最大功率點，大幅度提高光伏發(fā)電的效率和可靠性。

目前，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中應用廣泛的MPPT控制方法主要包括恒電壓跟蹤法（ConstantVoltageTracking，CVT）擾動觀察法（Perturb and Observe，Pamp;O）電導增量法（IncrementalConductance，INC）以及模糊邏輯控制法（FuzzyLogic Control，F(xiàn)LC）等。其中，CVT方法因其邏輯簡單、易于實現(xiàn)而受到關(guān)注。這種方法通過將光伏系統(tǒng)的工作電壓固定在某個參考值附近來實現(xiàn)最大功率跟蹤。然而，由于其忽略了溫度變化對光伏電池特性的影響，跟蹤精度較低且可靠性不足，限制了其應用場景。擾動觀察法（Pamp;O）和電導增量法（INC）是目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中最為常用的MPPT算法。Pamp;O法具有實現(xiàn)簡單、成本低、邏輯清晰的優(yōu)點，適用于多種光伏發(fā)電場景。其主要原理是通過對光伏系統(tǒng)工作點施加小幅擾動，觀察輸出功率的變化方向，并基于功率的變化趨勢調(diào)整工作電壓或電流，直至找到最大功率點。然而，在環(huán)境條件快速變化時，Pamp;O法可能出現(xiàn)誤判，導致工作點偏離最大功率點。Pamp;O法的控制流程圖如圖2所示。

與Pamp;O法相比，電導增量法（INC）通過檢測光伏電池輸出電導的增量變化來確定最大功率點，從而克服了Pamp;O法的盲目性，顯著提高了跟蹤精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。電導增量法通過實時計算光伏系統(tǒng)的導納和功率變化率，判斷是否達到最大功率點。當輸出導納的增量趨于零時，即表明系統(tǒng)運行在最大功率點附近。盡管電導增量法具有更高的精度，但其計算量較大，控制邏輯較復雜，實現(xiàn)成本相對較高。其具體控制流程如圖3所示。

在本研究中，為了仿真光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤控制，采用了Pamp;O法作為MPPT控制策略。該方法以其簡單性和有效性，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中展現(xiàn)了良好的應用性能。通過優(yōu)化Pamp;O法的控制參數(shù)，可以進一步提升其在動態(tài)環(huán)境條件下的響應速度和跟蹤精度，從而最大化光伏系統(tǒng)的能量利用率。

基于上述分析，建立基于Pamp;O法控制的光伏發(fā)電仿真模型，如圖4所示。該仿真模型由光伏電池模塊、DC/DC變換電路、MPPT控制模塊和PWM控制模塊組成。通過對各模塊的協(xié)同建模與分析，可以有效模擬光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行特性及最大功率點跟蹤過程。

在該模型中，PWM控制技術(shù)的應用至關(guān)重要。PWM控制模塊通過生成脈沖信號來觸發(fā)DC/DC變換電路中的功率開關(guān)器件，如MOSFET、GTO或IGBT等。通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，變換電路能夠?qū)崟r調(diào)整光伏電池的輸出電壓或電流，使系統(tǒng)工作在最大功率點附近，實現(xiàn)對光伏發(fā)電的動態(tài)優(yōu)化控制。DC/DC變換電路是實現(xiàn)MPPT控制的核心，其關(guān)鍵參數(shù)的選擇直接影響系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性。仿真模型中，電路參數(shù)設置如下： C₁=150μF，C₂=1000μF，L=3.5mH，R=5Ω

基于上述模型，針對2種不同的仿真條件對光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)特性進行了仿真模擬。在第一種仿真條件下，溫度保持恒定為 25°C ，光照強度從初始的 開始，在 0.05s 時下降至 400W/m² ，隨后在0.1s恢復至 1000W/m² 。在第二種仿真條件下，光照強度保持恒定為 1000W/m² ，溫度從初始的 25^°C 開始，在0.05s升高至 45°C ，然后在0.1s恢復至 25^°C O仿真結(jié)果分別如圖5和圖6所示。

在光照強度變化的仿真中，從上到下依次展示了輻射強度、光伏電池輸出電流、輸出電壓和輸出功率的變化趨勢。結(jié)果表明，輸出電流、電壓和功率與光照強度呈正相關(guān)。當光照強度從 1000W/m² 降至 40W/m² 時，輸出電流、電壓和功率顯著下降；當光照強度恢復至 1000W/m² 時，這些輸出參數(shù)也隨之迅速回升。這種現(xiàn)象表明光伏電池的輸出特性對光照強度變化非常敏感，主要原因在于輻照強度直接影響光伏電池的光生電流。

在溫度變化的仿真中，從上到下分別為溫度、光伏電池輸出電流、輸出電壓和輸出功率的變化曲線。仿真結(jié)果顯示，當溫度從 25^°C 升高至 45°C 時，輸出電流略有增加，但輸出電壓和功率均出現(xiàn)小幅下降；溫度恢復至 25^°C 后，輸出電流、電壓和功率也恢復至初始狀態(tài)。這種現(xiàn)象是由于高溫條件下光伏電池的光生載流子濃度增加，導致輸出電流略微提高，但同時溫度升高引起的開路電壓下降對輸出功率產(chǎn)生了更大的負面影響。

通過對比2種仿真條件下的結(jié)果可以看出，光照強度對光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性的影響顯著大于溫度的影響。具體而言，光照強度的變化直接引起了輸出電流、電壓和功率的大幅波動，是影響光伏發(fā)電性能的主要因素。而溫度變化對輸出特性的影響則相對較小，主要體現(xiàn)在輸出電壓和功率的輕微下降。此外，無論光照強度還是溫度發(fā)生變化，系統(tǒng)均能夠在較短的時間內(nèi)對當前環(huán)境條件作出快速響應，迅速調(diào)整工作參數(shù)，使光伏發(fā)電系統(tǒng)保持在最大功率點運行。這一結(jié)果驗證了所建光伏系統(tǒng)模型在動態(tài)環(huán)境下的可靠性和控制精度，說明其能夠適應復雜的實際運行條件，確保發(fā)電效率最大化。

2.3交直流耦合制氫系統(tǒng)概述

依托國家能源集團寧東可再生氫碳減排示范區(qū)項目，根據(jù)當?shù)氐木€路布局和環(huán)境狀況，可以得出交直流耦合制氫系統(tǒng)的拓撲圖，如圖7所示。

該系統(tǒng)由兩部分光伏發(fā)電單元組成，分別為容量為 120MW 的大型光伏發(fā)電單元和容量為5MW的小型光伏發(fā)電單元。兩部分光伏單元通過不同的能量變換與控制裝置協(xié)同運行，共同為電解制氫設備提供穩(wěn)定的電能。 120MW 光伏發(fā)電單元的輸出功率經(jīng)過升壓變壓器將電壓提升，以滿足長距離輸電的需求。隨后，通過降壓變壓器將電壓調(diào)整至 35kV 或 10kV 的電網(wǎng)電壓等級。在此基礎上，利用AC/DC變換器完成從交流電向直流電的能量變換，并接人系統(tǒng)母線，從而為電解制氫設備提供直流電能。5MW光伏發(fā)電單元通過DC/DC變換器直接將輸出的直流電壓調(diào)整至母線電壓水平。這部分光伏發(fā)電無需經(jīng)過交流環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換，直接接入母線，與大型光伏單元共同為制氫系統(tǒng)提供電力支撐。最后，母線所匯集的直流電最終輸送至電解制氫設備。電解槽設計的額定電壓為 820V ，額定電流為 5800A ，以滿足其高功率制氫的需求。該設備利用穩(wěn)定的直流電解水，生成高純度氫氣。

這種交直流耦合的系統(tǒng)拓撲設計充分利用了光伏發(fā)電的直流特性，減少了多次能量變換過程中的損耗。同時，通過并聯(lián)交直流電源，不僅提升了系統(tǒng)的供電靈活性與可靠性，還優(yōu)化了電能的高效利用，為電解制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

3 系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度研究

3.1優(yōu)化模型搭建

結(jié)合耦合制氫系統(tǒng)中各組成單元的出力模型，建立了包含光伏單元及制氫單元的優(yōu)化配置目標函數(shù)及約束條件。

3.1.1 系統(tǒng)目標函數(shù)

定義整個系統(tǒng)的總損耗為 Q ，相關(guān)表達式如下

Q=（Q_conv+Q_line+Q_load+Q_transformer），

式中： Q_conv 為設備轉(zhuǎn)換損耗， Q_line 為傳輸線路損耗，Q_transformer 為變壓器損耗。

3.1.2 系統(tǒng)約束條件

1）設備轉(zhuǎn)換損耗 Q_conv 。DC/DC轉(zhuǎn)換器的損耗可通過以下公式進行描述

式中： P_DC 為直流功率； η_DCDC 為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率。

2）傳輸線路損耗 Q_line 。傳輸線路的損耗主要受電流和線路阻抗的影響，可以用以下公式表示

Q_line=I₁²R₁

式中： I₁，R₁ 為直流輸電線路的電流有效值與等效電阻。

3）變壓器損耗 Q_transformer 。變壓器的總損耗 Q_transformer 是銅損和鐵損之和，具體表達式為

Q_transformer=Q_copper+Q_iron°

4）功率平衡約束。系統(tǒng)必須確保光伏發(fā)電與電解制氫系統(tǒng)的能量供需匹配。即光伏發(fā)電的總功率應滿足電解制氫所需的功率，公式如下

P_PV-used=P_electrolysis，

式中： P_PV-used 為實際用于電解制氫的光伏功率， P_electrolysis 為電解制氫裝置的功率需求。

5）設備功率限制約束。各個設備都有其額定功率和工作范圍，不能超過其最大設計值，否則會導致設備損壞或效率下降。設備功率的上下限約束公式如下

P_devioe-min?P_device?P_device-max，

式中： P_device 表示任意設備的輸出功率，如光伏發(fā)電、轉(zhuǎn)換器等； P_device-min 和 P_device-max 分別為該設備的最小和最大功率限制。

6電壓電流約束。電解制氫設備運行時有特定電流要求，即保證電流穩(wěn)定維持在額度電流 5800A 的范圍內(nèi)，公式如下

5800?0.2=1160A?I_electrolysis?5800?1.1=6380A（

7）設備效率約束。各設備的運行效率受負載的影響，通常設備在特定負載下運行效率最高，因此需要對各設備的效率進行限制，確保其工作在合理的效率區(qū)間內(nèi)，避免低效運行。公式如下

η_min?η_device?η_max，

式中： η_device 為設備的運行效率； η_min 和 η_max 分別為設備的最小和最大效率限制。

3.1.3 系統(tǒng)求解模型

綜上所述，制氫系統(tǒng)的優(yōu)化配置過程是在滿足各項約束條件的前提下，尋求使目標函數(shù)最小化的優(yōu)化過程。系統(tǒng)的求解模型可表述為

3.2 優(yōu)化配置算法設計

基于上述分析，結(jié)合制氫廠的實際工程需求，設計出交直流耦合制氫控制策略流程圖，如圖8所示。該方案主要包括以下幾個環(huán)節(jié)。

1）初始化。流程以參數(shù)初始化為起點，獲取光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出、制氫設備的需求電流及運行約束條件，為潮流計算提供數(shù)據(jù)基礎。

2）潮流計算。潮流計算通過交直流混合系統(tǒng)模型確定電流分布，包括初始化光伏發(fā)電功率、制氫需求電流和電流限制條件，建立功率與電流關(guān)系的潮流方程，利用迭代算法（如牛頓-拉夫遜法）求解，驗證結(jié)果收斂性，并輸出直流支路電流，為后續(xù)邏輯提供依據(jù)。

3）制氫量控制判斷。依據(jù)潮流計算結(jié)果，判斷光伏電流是否滿足制氫需求。如無需調(diào)整制氫功率，則直接進行電流分配；如需調(diào)整，則計算制氫電流需求5800A×η=I_need ，并相應調(diào)整制氫設備的運行功率。

4）電流分配邏輯。根據(jù)光伏系統(tǒng)輸出電流值，執(zhí)行以下分配策略。

I≥6380A ：限制直流支路供電至6380A，剩余電流通過逆變器并入電網(wǎng)。

1160A?Ilt;6380A ：允許直流支路滿負荷運行，滿足制氫需求。

Ilt;1160A ：啟用交流支路補充電流，確保供電滿

足系統(tǒng)需求。

5）制氫需求校驗。進一步判斷當前供電是否滿足制氫需求。

I≥I_need ：供電滿足制氫需求，直流支路供電至 I_need 多余電流并入電網(wǎng)。

Ineed ：供電不足，通過增加交流支路供電補充缺口。

6）優(yōu)化結(jié)果輸出。生成最終優(yōu)化配置，包括交直流支路電流分布、制氫設備運行狀態(tài)及系統(tǒng)效率指標，為系統(tǒng)監(jiān)控和后續(xù)優(yōu)化提供依據(jù)。

7）結(jié)束。流程結(jié)束后，系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，依據(jù)優(yōu)化配置持續(xù)運行。

方案共存在以下幾種典型情形，具體分析如下。

1）若需要控制制氫廠的制氫量，且直流支路的電流 I 小于制氫廠所需電流 I_ned ，此時系統(tǒng)的拓撲圖和電流的流向如圖9所示。此時需要交流支路供給 I_need-I 的電流值，以維持制氫廠的正常工作。

2）若需要控制制氫廠的制氫量，且直流支路的電流 I 大于等于制氫廠所需電流 I_need ，此時系統(tǒng)的拓撲圖和電流的流向如圖10所示。此時直流電流產(chǎn)出過剩，剩余電流 I-I_need 通過交流支路反向逆變至電網(wǎng)。

3）若不需要控制制氫廠的制氫量，且直流支路的電流 I 小于 1160A ，此時系統(tǒng)的拓撲圖和電流的流向如圖11所示。此時需要交流支路供給 1160A-I 的電流值，以維持制氫廠的正常工作。

4）若不需要控制制氫廠的制氫量，且直流支路的電流 I 介于 1160A 和 6380A 之間，此時系統(tǒng)的拓撲圖和電流的流向如圖12所示。此時只需直流支路供給，就能維持制氫廠的正常工作，無需啟動交流直流光伏機組。

5）若不需要控制制氫廠的制氫量，且直流支路的電流 I 大于等于6380A，此時系統(tǒng)的拓撲圖和電流的流向如圖13所示。此時直流電流產(chǎn)出過剩，剩余電流I-6380A 通過交流支路反向逆變至電網(wǎng)

4結(jié)束語

本文圍繞光伏耦合制氫系統(tǒng)的優(yōu)化設計與控制策略展開研究，系統(tǒng)地分析了光伏發(fā)電單元的數(shù)學模型及其最大功率點跟蹤控制方法，并建立了基于擾動觀察法的光伏發(fā)電仿真模型。在仿真分析中，研究了光照強度和溫度變化對光伏系統(tǒng)輸出性能的影響，結(jié)果表明光伏發(fā)電對光照強度的敏感性顯著高于溫度變化，同時驗證了所建模型在動態(tài)環(huán)境中的可靠性和高效性。此外，基于交直流耦合制氫系統(tǒng)的實際需求，構(gòu)建了包含光伏發(fā)電、DC/DC變換器、制氫設備等核心單元的拓撲結(jié)構(gòu)和優(yōu)化調(diào)度模型，并在目標函數(shù)和約束條件的基礎上，提出了多場景下的電流分配和供電策略。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠高效應對環(huán)境變化，實現(xiàn)能源的穩(wěn)定供給與最大化利用，為光伏發(fā)電與綠色制氫的協(xié)同發(fā)展提供了重要的理論支持和工程實踐參考。

參考文獻：

[1]周建力.風-光-氫綜合能源系統(tǒng)容量配置優(yōu)化及決策模型研究[D].北京：華北電力大學（北京），2022.

[2]胡博，謝開貴，邵常政，等.雙碳目標下新型電力系統(tǒng)風險評述：特征、指標及評估方法[J]電力系統(tǒng)自動化，2023，47（5）：1-15.

[3]甘中天.雙碳背景下考慮需求響應的電力系統(tǒng)多目標調(diào)度優(yōu)化[D].北京：華北電力大學（北京），2022.

[4]齊金龍.雙碳目標下電力系統(tǒng)定價機制思考[J].中國電力企業(yè)管理，2022，682（25）：66-68.

[5]王楓，周斌，張輝.“雙碳\"背景下源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動助力新型電力系統(tǒng)建設[J]中國資源綜合利用，2022，40（5）：188-191，201.

[6]馬藝瑋.獨立微電網(wǎng)分布式電源優(yōu)化配置與協(xié)調(diào)控制[D].廣州：華南理工大學，2015.

[7]張金平，周強，王定美，等.“雙碳”目標下新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑研究[J.華電技術(shù)，2021，43（12）：46-51.

[8]陳向國.中國正在構(gòu)建多元清潔能源供應體系[J].節(jié)能與環(huán)保，2021，318（1）：22-25.

[9]王振華.構(gòu)建新型電力系統(tǒng)助力實現(xiàn)\"雙碳\"目標[J].中國經(jīng)濟報告，2021，126（4）：133134.

[10]駢松，趙燕曉，楊澤鵬，等.可再生能源大規(guī)模制氫前景概述[J]清洗世界，2021，37（3）：35.

[11]王雷.電解水制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展初探[J].中國石化，2022，447（12）：56-59.

[12]許衛(wèi)，李桂真，馬長山.大規(guī)模電解水制氫系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J] 太陽能，2022，337（5）：33-39.

[13]孫培鋒，吳守城，盧海勇，等.新能源制氫及氫能應用淺述[J]. 能源研究與信息，2021，37（4）：207-213.

[14]ENEVOLDSEN P，SOVACOOL B K .Integrating power systems for remote island energy supply：Lessonsfrom Mykines，F(xiàn)aroe Islands[J].Renewable Energy，2O16，85： 642-648.

[15] ISHAQH，DINCERI，NATERERGF.Performance investigation of an integrated wind energy system for cogeneration of power and hydrogen [J]. International Journal of Hydrogen Energy，2018，43（19）：9153-9164.

[16]GONZ LEZ A ，MCKEOGH E，GALLACH B.The roleof hydrogen in high wind energy penetration electricity systems：The Irish case [J].Renewable Energy，2OO3，29（4）： 471-489.

[17] ZHANG G， WAN X. A wind-hydrogen energy storage system model for massive wind energy curtailment [J]. International Journal ofHydrogen Energy，2014，39（3）： 1243-1252.

[18] BERNAL-AGUSTIN J L， DUFO-LDPEZ R. Hourly energy management for grid-connected wind hydrogen systems[J]. International Journal of Hydrogen Energy，2Oo8，33（22）： 6401-6413.

[19]顧為東.大規(guī)模非并網(wǎng)風電系統(tǒng)開發(fā)與應用[J].電力系統(tǒng)自 動化，2008，401（19）：1-4.

[20]馬榕谷，陳潔，趙軍超，等.非并網(wǎng)風氫互補系統(tǒng)的容量多目 標優(yōu)化[J].太陽能學報，2019，40（2）：422-429.