弃风限电是我国风电快速发展过程中面临的主要问题,如何采取措施改善风电消纳现状受到了业界的普遍关注。采用综合能源系统架构,发展多元转换技术,可以提高风电的就地消纳能力。本文重点关注以电解水制氢技术为核心的两种途径实现风电的就地消纳:（1）先利用风电制取氢气,再将氢气转化为系统的终端产品甲烷,由电转气（Power to Gas,P2G）设备实现整个转化过程;（2）先利用风电制取氢气,将氢气存储在储氢罐中,在适当的时间通过氢燃料电池再将氢气转化为稳定的电能,整个转化过程由氢储能设备实现。然而,现有研究在描述P2G设备或氢储能设备的转化过程时很少综合考虑电解水制氢的反应机理和转换损耗,导致P2G设备在参与系统运行优化时无法实现风电的最大化转换,也导致在系统中投入氢储能设备消纳风电的经济性降低。因此,本文以电解水装置的运行特性分析和数学建模为基础,重点研究了风电制氢综合能源系统的运行优化与氢储能最优配置两个问题。首先,建立了一种考虑电解水装置运行特性的数学模型。根据电解水装置的电化学反应过程得到了含有输入功率、制氢功率、运行温度的非线性方程,根据装置的热量转移过程得到了热量平衡方程。采用实际数据对模型进行验证分析,结果表明所提模型能够描述在不同运行工况下电解水装置中制氢效率的变化特性,并且将装置中损失的热量与可以得到重新利用的余热进行区分,可以作为后续研究的理论基础。其次,针对如何在P2G设备参与综合能源系统运行优化时实现风电最大化转换的问题,提出了考虑风电制氢的P2G设备与CO2热电储能联合能源系统优化运行策略。在设计P2G设备与CO2热电储能的联合机制时,考虑了电解水装置利用风电制取氢气时产生的多余热量,对氢气的制取过程、余热的重新利用过程、氢气与CO2的甲烷化反应过程进行了协调。在此基础上,构建了以总运行费用最小为优化目标的综合能源系统最优运行模型。采用了一种线性化方法,在处理电解水装置的非线性方程时不需要引入整数变量的耦合约束。采用实际系统的数据进行仿真计算,结果表明所提模型能够实现风电的最大化转换和系统的经济运行,所提线性化方法相比分割线性区域法减少了模型的求解时间。最后,针对如何在系统中以最经济的方式投入氢储能设备消纳风电的问题,构建了考虑制氢效率变化的综合能源系统氢储能双层优化配置模型。上层模型描述氢储能设备的容量配置问题,下层模型在描述含氢储能设备的综合能源系统优化运行问题时,考虑了不同运行工况下氢储能设备中制氢效率的变化特性。提出了一种基于数据驱动的双层混合整数非线性优化（Data-driven Optimization of bi-level Mixed Integer NOnlinear problems,DOMINO）算法,通过数据样本的采集和代理函数的构造,将原双层优化模型拟合成只含原上层决策变量的单层优化模型,直接得到氢储能设备的配置结果。采用实际系统的数据进行仿真计算,结果表明所提模型能够实现在系统中投入氢储能设备消纳风电的经济性,所提DOMINO算法在求解双层优化模型时具有稳定性和有效性。