[論文レビュー] Scheduling of Separable Mobile Energy Storage Systems with Mobile Generators and Fuel Tankers to Boost Distribution System Resilience

Wei Wang, Xiaofu Xiong+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2020

Microgrid Control and Optimization参考文献 23被引用数 83

ひとこと要約

本稿では、移動型キャリアとエネルギー貯蔵モジュールを独立した実体として運用することで、配電系統のレジリエンスを向上させる分離型モバイルエネルギー貯蔵システム（SMESS）を提案する。混合整数線形計画法モデルを用いてSMESS、モバイル発電機、燃料タンカー、およびネットワーク再構成を共同でスケジューリングすることで、負荷供給の継続性と燃料物流の効率性が向上し、数値結果からテストシステムにおける顕著なレジリエンス向上が示された。

ABSTRACT

Mobile energy resources (MERs) have been shown to boost DS resilience effectively in recent years. In this paper, we propose a novel idea, the separable mobile energy storage system (SMESS), as an attempt to further extend the flexibility of MER applications. "Separable" denotes that the carrier and the energy storage modules are treated as independent parts, which allows the carrier to carry multiple modules and scatter them independently throughout the DS. The constraints for scheduling SMESSs involving carriers and modules are derived based upon the interactive behavior among them and the DS. In addition, the fuel delivery issue of feeding mobile emergency generators (MEGs), which was usually bypassed in previous studies involving the scheduling of MEGs, is also considered and modeled. SMESSs, MEGs, and fuel tankers (FTs) are then jointly routed and scheduled, along with the dynamic DS reconfiguration, for DS service restoration by integrating them in a mixed-integer linear programming (MILP) model. Finally, the test is conducted on a modified IEEE 33-node test system, and results verify the effectiveness of the model in boosting DS resilience.

研究の動機と目的

• 従来のモバイルエネルギー貯蔵システム（MESSs）における柔軟性の制限を是正するため、キャリアと貯蔵モジュールを分離したアーキテクチャを提案すること。
• モバイル緊急発電機（MEGs）の燃料供給物流をモデル化・統合すること。これは、先行するMERスケジューリング研究においてしばしば無視されている。
• SMESS、MEGs、燃料タンカー（FTs）、および配電系統（DS）再構成のルーティングとスケジューリングを共同最適化することで、サービス復旧を強化すること。
• モバイルリソース、燃料制約、および動的ネットワークトポロジーの複雑な相互作用を捉える包括的な混合整数線形計画法（MILP）モデルを開発すること。

提案手法

• キャリアとモジュールが分離された、分離型モバイルエネルギー貯蔵システム（SMESS）を提案し、複数のモジュールを1台のキャリアが独立して運搬・展開可能となるようにする。
• モジュールの割り当て、移動、充放電、および状態充電量（SOC）ダイナミクスをモデル化する制約群を構築する。
• MEGsの継続的燃料供給を保証するため、燃料タンカー（FT）のスケジューリングを統合し、燃料需要、供給、および貯蔵容量をバイナリ変数を用いて燃料交換をモデル化する。
• 架空の全域木とバイナリ変数を用いて、MILPモデルに動的配電系統再構成を統合する。
• 活性電力出力レベルに応じた非線形なMEG燃料消費特性を区分的線形化によりモデル化する。
• 統一されたMILPフレームワークを用いて、ルーティング、スケジューリング、エネルギー管理、およびネットワークトポロジーを共同最適化し、負荷供給を最大化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来のMESSアーキテクチャを越えて、モバイルエネルギー貯蔵の展開柔軟性をどのように向上できるか？
• RQ2 独立したスケジューリング実体として分離型モバイルキャリアと貯蔵モジュールを管理する際の主な運用制約は何か？
• RQ3 モバイル発電機の燃料供給物流を、どのように体系的にモデル化し、MERベースの復旧戦略に統合できるか？
• RQ4 SMESS、MEGs、FTs、およびDS再構成を共同でスケジューリングすることで、個別的または簡略化されたアプローチと比較して、配電系統のレジリエンスはどの程度向上するか？
• RQ5 モジュラー展開とキャリアの移動性は、負荷復旧性能およびエネルギー効率にどのような影響を及ぼすか？

主な発見

• 提案されたSMESSモデルにより、1台のキャリアが複数のモジュールを孤立した配電島に独立して運搬・展開可能となり、エネルギー貯蔵の展開がより柔軟に実現された。
• 燃料タンカーの統合により、とくに長期停電時においても、モバイル発電機の運用継続性が顕著に向上し、十分な燃料供給が確保された。
• SMESS、MEGs、FTs、およびDS再構成の共同スケジューリングにより、従来手法と比較して、負荷復旧がより迅速にかつ高い負荷供給率で達成された。
• 変更版IEEE 33ノード系統では、モデルがすべての負荷島に電力を復旧させることに成功し、重要な負荷はモジュールと発電機の協調運用により維持された。
• モデルは動的ネットワーク再構成を効果的に処理でき、全時間スパンにおいて電圧制約および潮流制約が満たされた。
• 数値結果から、提案手法が、特に複数の孤立島と燃料制約のある発電機を有する状況下で、ベースラインケースを上回る負荷供給率およびレジリエンス指標を達成していることが確認された。