本发明提供一种基于动态耦合模型的热泵储能系统设计控制共同优化方法，包括：基于CFD数值模型优化储冷储热水箱内部结构，得到优化的储能水箱内部结构；根据优化的储能水箱内部结构，建立储冷储热水箱动态模型，而后与热泵系统动态模型耦合关联，得热泵储能系统动态耦合模型；确定两阶循环优化方法、优化指标和优化目标函数，得优化结果，其中，两阶循环优化方法包括：随机选取系统结构参数，进行运行优化，得优化的运行参数；固定优化的运行参数，进行系统结构优化，得优化的结构参数；重复上述两步，直至连续两次优化的结构参数之间的差异小于容许误差，得最优系统结构参数；输入该最优结构参数进行整个储能过程运行多目标优化，得全部优化结果。