Configuration Optimization and Stability Analysis of Electricity-Hydrogen Bidirectional Conversion Combined Heating and Power System

HE Guixiong; JIA Xiaoqiang; LI Shuchang; CHEN Lei; LIU Kaicheng; WANG Songcen

doi:10.7500/AEPS20241219003

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Configuration Optimization and Stability Analysis of Electricity-Hydrogen Bidirectional Conversion Combined Heating and Power System

Application Research | 更新时间：2026-02-28

- Configuration Optimization and Stability Analysis of Electricity-Hydrogen Bidirectional Conversion Combined Heating and Power System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 23, Pages: 129-138(2025)
- 作者机构：
  
  1.电网安全全国重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192
  2.中国电力科学研究院有限公司，北京市 100192
  3.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西省西安市 710049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  China Electric Power Research Institute(52420022000Q)
- DOI：10.7500/AEPS20241219003
  CLC：
- Received：19 December 2024，
  
  Revised：2025-06-10，
  
  Online First：29 July 2025，
  
  Published：10 December 2025
- 稿件说明：
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何桂雄,贾晓强,李书畅等.电氢双向转换热电联供系统配置优化及稳定性分析[J].电力系统自动化,2025,49(23):129-138.

HE Guixiong,JIA Xiaoqiang,LI Shuchang,et al.Configuration Optimization and Stability Analysis of Electricity-Hydrogen Bidirectional Conversion Combined Heating and Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):129-138.
何桂雄,贾晓强,李书畅等.电氢双向转换热电联供系统配置优化及稳定性分析[J].电力系统自动化,2025,49(23):129-138. DOI： 10.7500/AEPS20241219003.

HE Guixiong,JIA Xiaoqiang,LI Shuchang,et al.Configuration Optimization and Stability Analysis of Electricity-Hydrogen Bidirectional Conversion Combined Heating and Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):129-138. DOI： 10.7500/AEPS20241219003.

摘要

面向未来高比例可再生能源接入的新型电力系统，用户侧电氢双向转换热电联供以其清洁低碳、功率密度高、长时储能等优势日益受到关注。在建立包含燃料电池、电解池、蓄电池、储氢罐、储热水箱等模块的仿真模型基础上，针对用户侧典型用能需求，提出了基于粒子群优化算法的电氢双向转换热电联供系统优化配置方法。面向电网调峰和可再生能源消纳等互动场景，提出了系统能量管理策略。优化后系统年均总成本相比初步配置降低了10.39%，相比纯电化学储能降低了14.95%，优化后系统年购电成本相比初步配置降低了7.09%，相比纯电网供能的用能成本降低了4.12%。最后，开展了离网极端情景下的系统供能特性分析，系统由并网切换为离网可不间断供能8日以上；从离网切换回并网，经低谷电时段的制氢和蓄电池充电，当天可恢复至正常工况，具备较强的供能稳定性。

Abstract

For the new power system with high proportion of renewable energy in the future

electricity-hydrogen bidirectional conversion combined heating and power (CHP) system on the user side has attracted increasing attention due to its advantages of cleanliness and low carbon

high power density

and long-term energy storage. For typical energy demand on the user side

based on the establishment of a simulation model that includes modules such as fuel cells

electrolytic cells

batteries

hydrogen storage tanks

and hot water storage tanks

an optimal configuration method for electricity-hydrogen bidirectional CHP systems is proposed based on the particle swarm optimization algorithm. The energy management strategies for the system are proposed for the grid interaction scenarios such as peak shaving and renewable energy accommodation. After optimization

the annual total cost of the system has been reduced by 10.39% compared to the initial configuration

and 14.95% compared to pure electrochemical energy storage. The annual cost of electricity of the system has been reduced by 7.09% compared to the initial configuration

and 4.12% compared to the energy cost of only grid supply. Finally

the energy supply characteristics of the system in extreme off-grid scenarios are analyzed. The optimal system can continuously supply energy for more than 8 days after switching from grid-connected operation to off-grid operation. After switching back from off-grid operation to grid-connected operation

with hydrogen production and battery charging during the valley power period

it can return to the normal working condition of grid-connected operation on the same day

with strong energy supply stability.

关键词

Keywords

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