[论文解读] 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 83

一句话总结

本文提出可分离移动储能系统（SMESS），其中移动载体与储能模块作为独立实体运行，以增强配电网的韧性。通过联合调度SMESS、移动发电机、燃油油罐车及配电网重构，采用混合整数线性规划模型，该方法提升了负荷供电连续性与燃油物流效率，数值结果表明在测试系统中显著提升了系统韧性。

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.

研究动机与目标

• 为解决传统移动储能系统（MESSs）灵活性有限的问题，提出一种可分离架构，使载体与储能模块可独立调度。
• 对移动应急发电机（MEGs）的燃油补给物流进行建模与集成，此类问题在以往的MER调度研究中常被忽视。
• 联合优化SMESS、MEGs、燃油油罐车（FTs）及配电网（DS）重构的路径与调度，以提升供电恢复能力。
• 构建一个综合的混合整数线性规划（MILP）模型，以捕捉移动资源、燃油约束与动态网络拓扑之间的复杂交互关系。

提出的方法

• 提出可分离移动储能系统（SMESS），其中载体与储能模块解耦，使多个模块可被独立运输与部署。
• 建立一组约束条件，用于建模载体-模块之间的交互，包括模块分配、运输、充放电过程及荷电状态动态。
• 引入燃油油罐车（FT）调度，以确保MEGs的持续燃油供应，通过二值变量建模燃油需求、供给与储存容量。
• 利用虚拟生成树与二值变量，将动态配电网重构集成至MILP模型中，以表示网络拓扑变化。
• 采用分段线性化方法，基于有功功率输出水平建模MEG非线性燃油消耗特性。
• 采用统一的MILP框架，联合优化路径规划、调度、能量管理与网络拓扑，以实现最大负荷供电。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在传统MESS架构之外，进一步提升移动储能部署的灵活性？
• RQ2 当将可分离移动载体与储能模块作为独立调度实体时，其关键运行约束是什么？
• RQ3 如何系统性地建模并集成移动发电机的燃油补给物流至基于MER的恢复策略中？
• RQ4 与孤立或简化的方案相比，联合调度SMESS、MEGs、FTs及DS重构在多大程度上提升了配电网韧性？
• RQ5 模块化部署与载体移动性对负荷恢复性能与能源效率有何影响？

主要发现

• 所提出的SMESS模型通过允许单个载体将多个模块运输并部署至多个孤立配电网区域，显著提升了储能部署的灵活性。
• 燃油油罐车的集成显著提升了移动发电机的运行连续性，确保了在长时间停电期间的充足燃油供应。
• SMESS、MEGs、FTs及DS重构的联合调度相比传统方法，实现了更快的负荷恢复速度与更高的负荷供电率。
• 在修改后的IEEE 33节点系统中，该模型成功恢复了所有负荷区域的供电，关键负荷通过模块与发电机的协同调度得以维持。
• 该模型在处理动态网络重构方面表现出鲁棒性，所有时间阶段的电压与功率流约束均得到满足。
• 数值结果证实，与基线方案相比，所提方法在负荷恢复量与韧性指标方面表现更优，尤其在存在多个孤立区域及燃油受限发电机的场景中。