[论文解读] Robust Survivability-Oriented Scheduling of Separable Mobile Energy Storage and Demand Response for Isolated Distribution Systems

Wei Wang, Yufei He+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2021

Smart Grid Energy Management参考文献 34被引用 22

一句话总结

本文提出了一种两阶段鲁棒优化框架，通过协调可分离的移动储能系统（SMESSs）与需求响应（DR），提升极端事件下孤立配电系统（IDS）的生存能力。通过调度SMESSs与外部电源建立非线路互联，并通过DR动态管理负荷，该方法在可再生资源和负荷最坏情况不确定性下，最小化燃料消耗与未供电能量，显著提升了IDS的韧性与供电连续性。

ABSTRACT

Extreme circumstances in which a local distribution system is electrically isolated from the main power supply may not always be avoidable. Efforts must be made to keep the lights on for such an isolated distribution system (IDS) until reconnection to the main power source. In this paper, we propose a strategy to enhance IDS survivability utilizing the coordination of two flexible approaches, namely, separable energy storage systems (SMESSs), which construct non-wires links for energy transmission between the IDS and the external live power sources, and demand response (DR), which adjusts the internal electrical demand of the IDS to provide effective operating stress alleviation. Considering the uncertainty of renewable energy generation and loads, a two-stage robust optimization (RO) model involving the joint scheduling of these two approaches is constructed. The objective is to minimize the fuel consumption and the decreased and nonserved demand under the worst-case scenario to endow the IDS with extended survivability. Finally, test is conducted and the results demonstrate the effectiveness of the proposed method in enhancing the survivability of IDS.

研究动机与目标

• 在极端事件导致长期孤岛运行期间，提升孤立配电系统（IDS）的生存能力。
• 协调可分离的移动储能系统（SMESSs）与需求响应（DR），实现弹性供电。
• 在可再生发电与负荷不确定性最坏情景下，最小化燃料消耗与未供电能量需求。
• 通过移动储能模块的交替运行与战略性DR调度，确保持续供电。
• 开发一种实用的鲁棒调度框架，考虑现实世界中的不确定性与运行约束。

提出的方法

• 构建两阶段鲁棒优化（RO）模型，联合调度SMESSs与DR以应对不确定性。
• 将SMESSs建模为可移动单元，配备可拆卸储能模块（Mods），可重新定位并连接至节点。
• 使用二值变量追踪SMESSs的移动、充放电状态及模块在时空上的部署位置。
• 通过负荷削减变量引入需求响应（DR），并施加持续时间、频率与负荷削减比例的约束。
• 将目标函数表述为最坏情景下燃料消耗（用于移动与FFGs）与未供电能量需求的加权和。
• 应用鲁棒优化处理可再生发电与负荷的不确定性，采用可调鲁棒对偶方法以确保解的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何调度SMESSs以延长孤立配电系统（IDS）在长期孤岛运行期间的生存能力？
• RQ2 在不确定性条件下，SMESSs与需求响应（DR）之间的最优协调策略是什么，以最小化能源短缺与燃料消耗？
• RQ3 当传统馈入发电机（FFGs）不可用时，SMESSs与DR的集成如何提升系统韧性？
• RQ4 在最坏情景下，调度移动储能与DR的运行限制与权衡关系是什么？
• RQ5 所提出的鲁棒优化模型如何确保在极端负荷与可再生发电波动下的可行性与性能？

主要发现

• 所提方法在最坏情景下显著降低了未供电能量需求，即使SMESSs耗尽，DR仍能实现负荷削减。
• 在存在FFGs的情况下，SMESSs与DR共同确保所有32个节点的持续供电，DR在第18个时间区间后于节点4、7、14、15、24与25执行。
• 在无FFGs（特殊情形II）时，SMESSs与DR通过两个储能模块的交替运行，使8个节点在整个调度周期内保持持续供电。
• 该模型有效管理了燃料消耗与供电可靠性之间的权衡，在不确定性下同时最小化两者。
• 结果表明，SMESSs可作为与外部电源的非线路互联手段，实现IDS的长期生存能力提升。
• 该策略通过遵守所有物理与运行约束（包括电压限制、潮流约束及DR持续时间边界）确保了运行可行性。