CN115313487A - 一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法 - Google Patents

一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法 Download PDF

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CN115313487A CN202211008697.8A CN202211008697A CN115313487A CN 115313487 A CN115313487 A CN 115313487A CN 202211008697 A CN202211008697 A CN 202211008697A CN 115313487 A CN115313487 A CN 115313487A
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马冬来
孙寻航
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Abstract

本发明公开了一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息；基于灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，以恢复过程中的经济损失最小为目标建立目标函数，建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型及运行约束；求解电网多故障场景下考虑检修流的移动氢能微网调度模型，得到检修人员和移动氢能微网的最优调度方案。本发明能够协同优化检修人员与移动氢能微网的路由与调度，提升偏远地区配电网供电的可靠性与韧性。

Description

一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法
技术领域
本发明属于氢能源应用技术领域，具体涉及一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法。
背景技术
在发生极端天气的情况下，配电系统发生“N-k”故障的概率会大幅提高，给国民经济造成巨大损失，配电系统的韧性亟待提高。
检修人员是电网停电管理应对自然灾害的关键响应资源，移动电源是停电恢复过程中的重要灵活资源，可以为重要负载供电，配电系统则可以通过网络重构形成微网来加速恢复进程。灾后电力恢复过程涉及不同基础设施中不同资源的调度，包括运输网络中检修人员和移动电源的路由、配电系统中检修人员的维修行动和移动电源功率输出的调度，以及配电网的重构等，这些决策是相互依存的。而在实际中，电网公司通常将配电系统恢复、检修人员调度和移动电源调度作为三个单独的问题来解决。调度检修人员时，考虑了经验和预定义的优先级/标准，而配电系统的运行对维修计划的依赖通常被忽略。对于移动电源，一般来说，它们只分配给具有更重要负载的节点，而不考虑它们在系统级别的利用率。这种方法不能获得检修人员和移动电源调度的最优解。
移动氢能微网集制氢、储氢、发电于一体，相比于移动电源，移动氢能微网具有更高的储能能量密度和灵活性，能够更加有效地支持不同环境下离网系统的短期能量供应，提高电力救灾的响应效率质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，能够优化协同检修人员与移动氢能微网的路由与调度，提升偏远地区配电系统供电的可靠性与韧性。
本发明采用以下技术方案：
一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，包括以下步骤：
S1、获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息；
S2、基于步骤S1获取的灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，以恢复过程中的经济损失最小为目标建立目标函数，建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型及运行约束；
S3、求解步骤S2中的电网多故障场景下考虑检修流的移动氢能微网调度模型，得到检修人员和移动氢能微网的最优调度方案。
具体的，步骤S2中，目标函数为：
Figure BDA0003810057810000021
其中，T表示所有时间段的集合；N表示配电网所有的节点集合；M表示移动氢能微网的集合；
Figure BDA0003810057810000022
表示节点i的切负荷成本系数；Ctp表示移动氢能微网的运输成本系数；
Figure BDA0003810057810000023
为节点i在时间段t恢复的负荷；
Figure BDA0003810057810000024
为节点i在时间段t的负荷需求；
Figure BDA0003810057810000025
为0-1变量。
具体的，步骤S2中，运行约束包括检修人员路由约束、移动氢能微网路由约束、移动氢能微网电力调度约束、分支状态约束、配电网重构约束、节点输出功率约束、功率平衡约束、潮流约束和线性化约束。
进一步的，检修人员路由约束具体为：
Figure BDA0003810057810000026
Figure BDA0003810057810000027
Figure BDA0003810057810000028
Figure BDA0003810057810000029
Figure BDA0003810057810000031
Figure BDA0003810057810000032
Figure BDA0003810057810000033
其中，K表示灾害发生后损坏线路的集合；R表示检修人员的集合；T表示一个调度周期内时间段的数目；T为一个调度周期内时间段的集合；
Figure BDA0003810057810000034
为0-1变量；trr,kl表示检修人员r在线路k和l之间的路由时间。
进一步的，移动氢能微网路由约束为：
Figure BDA0003810057810000035
Figure BDA0003810057810000036
Figure BDA0003810057810000037
Figure BDA0003810057810000038
其中，Nm表示移动氢能微网m可以连接的节点集合；Mi表示节点i能够连接的移动氢能微网集合；T表示一个调度周期内时间段的数目；T为一个调度周期内时间段的集合；
Figure BDA0003810057810000039
为0-1变量；trm,ij表示移动氢能微网m在节点i和j之间的路由时间；
移动氢能微网电力调度约束为：
Figure BDA00038100578100000310
Figure BDA00038100578100000311
Figure BDA00038100578100000312
Figure BDA00038100578100000313
Figure BDA00038100578100000314
Figure BDA00038100578100000315
Figure BDA0003810057810000041
Figure BDA0003810057810000042
其中，
Figure BDA0003810057810000043
表示移动氢能微网m在时间段t制取/消耗氢气的质量速率；
Figure BDA0003810057810000044
移动氢能微网m在时间段t从电网吸收用于制氢的功率；
Figure BDA0003810057810000045
表示移动氢能微网m在时间段t发出的功率；表示ηP2H表示电解槽工作时的电-氢转换效率；ηH2P表示燃料电池工作时的氢-电转换效率；η表示氢气的热值；LOHm,t表示移动氢能微网m在时间段t的氢储量；mtp表示移动氢能微网运动时的耗氢速率；Δt表示一个时间段；
Figure BDA0003810057810000046
表示移动氢能微网m的氢储量下限/上限；
Figure BDA0003810057810000047
表示移动氢能微网m制氢功率的上限，
Figure BDA0003810057810000048
表示移动氢能微网m发出功率的上限；
Figure BDA0003810057810000049
为0-1变量；gqm,t表示移动氢能微网m在时间段t发出的无功功率；
Figure BDA00038100578100000410
表示移动氢能微网m能够发出的无功功率的最大值，T为一个调度周期内时间段的集合。
进一步的，分支状态约束为：
Figure BDA00038100578100000411
Figure BDA00038100578100000412
其中，L为电力系统的线路集合；λij,t为0-1变量；Loff表示灾害发生后损坏的线路的集合；LRCS表示安装了远程控制开关的线路的集合；T为一个调度周期内时间段的集合。
进一步的，配电网重构约束为：
Figure BDA00038100578100000413
Figure BDA00038100578100000414
Figure BDA00038100578100000415
Figure BDA0003810057810000051
其中，
Figure BDA0003810057810000052
表示在时间段t孤岛的数目；fij,t表示在时间段t线路(i,j)上的虚拟潮流；li,t表示在时间段t节点i的虚拟负荷；gi,t表示在时间段t源节点i的虚拟供应；K1表示一个足够大的正数；T为一个调度周期内时间段的集合。
进一步的，节点输出功率约束如下：
Figure BDA0003810057810000053
Figure BDA0003810057810000054
Figure BDA0003810057810000055
Figure BDA0003810057810000056
Figure BDA0003810057810000057
其中，Nsub表示变电站节点的集合；Pi,t/Qi,t表示节点i在时间段t的有功/无功功率输出；Psub/Qsub表示变电站的有功/无功率容量；T为一个调度周期内时间段的集合；
功率平衡约束如下：
Figure BDA0003810057810000058
Figure BDA0003810057810000059
Figure BDA00038100578100000510
Figure BDA00038100578100000511
Figure BDA00038100578100000512
Figure BDA00038100578100000513
其中，Pij,t/Qij,t为线路(i,j)在时间段t的有功/无功功率潮流；
Figure BDA00038100578100000514
为节点i在时间段t的有功/无功需求；
Figure BDA00038100578100000515
为节点i在时间段t恢复的有功/无功负荷；
Figure BDA0003810057810000061
表示线路(i,j)的复功率上限。
进一步的，潮流约束如下：
Figure BDA0003810057810000062
Figure BDA0003810057810000063
Figure BDA0003810057810000064
其中，vi,t表示在时间段t节点i的电压模值的平方；K3表示足够大的正数；Vi min/Vi max表示节点i电压模值的下限/上限；rij/xij表示线路(i,j)的电阻/电抗；T为一个调度周期内时间段的集合。
进一步的，线性化约束如下：
Figure BDA0003810057810000065
Figure BDA0003810057810000066
其中，
Figure BDA0003810057810000067
表示时间段t移动氢能微网m在节点i的吸收的功率。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，引入了移动氢能微网，即通过分布式制氢(例如小型电解水装置)、储氢储能(例如储氢罐、固态氢能吸附装置)、便携式氢能燃料电池以及余热回收装置的车载集成，形成具有自主能源供应能力的移动分布式能源系统；提出了以停电过程中经济损失最小为目标的考虑检修流的移动氢能微网调度模型；同时协调管理检修人员、移动氢能微网和远程控制开关等可用资源，将这三个相互依存的子问题合并到一个优化模型中；相比于独立优化，通过对不同资源的联合优化，可以更合理地调配资源，进一步降低停电的规模和时间；此外，不限制电网故障发生的位置和数量，确保所提出的协同调度模型可以灵活适应不同的故障场景；能够有效地提高偏远地区配电网的供电可靠性和韧性。
进一步的，以切负荷成本与移动氢能微网移动耗能之和最小为目标函数，前者可以最小化由于停电造成的经济损失，后者可以避免移动氢能微网无谓的移动过程，从而使得恢复过程的总成本最小。
进一步的，运行约束的设置可以将移动氢能微网与检修人员协调调度，保证恢复过程中电力系统的安全性以及调度方案的可行性；相比于给定检修人员调度方案的情况，协同调度可以提高资源利用效率，加快恢复过程。
进一步的，检修人员路由约束设置可以保证检修人员调度方案的可行性，并且避免重复维修。
进一步的，移动氢能微网路由约束，基于车辆路由与微网连接的基本规则，能够保证移动氢能微网路由方案的可行性；移动氢能微网电力调度约束可以为移动氢能微网提供运行边界。
进一步的，分支状态约束设置可以保证分支状态在检修过程中满足因果性；此外，分支状态还是联系移动氢能微网与检修人员的纽带。
进一步的，配电网重构约束的设置可以保证在重构配电网的拓扑结构后，配电网仍然是辐射状结构，避免出现环网。
进一步的，节点功率输出约束的设置可以将移动氢能微网和配电网耦合在一起；功率平衡约束的设置可以保证系统功率是实时平衡的，且在故障恢复过程中，负荷的回复率是单调递增的。
进一步的，潮流约束的设置可以保证电力系统运行的安全性。
进一步的，线性化约束的设置可以将双线性项线性化，从而降低问题的复杂性，加快求解速度。
综上所述，本发明针对灾后电力恢复过程中的资源调配问题，提出考虑检修流的移动氢能微网的调度方法，将移动氢能微网和检修人员协同调度；相比于基于给定检修计划的移动氢能微网调度方法，本发明方法能更合理地调度检修人员和移动氢能微网等可用资源，进一步提高配电系统的供电可靠性与韧性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为移动氢能微网结构示意图；
图2为电网多故障场景下考虑检修流的移动氢能微网调度方法流程示意图；
图3为不同条件下负荷恢复率曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
请参阅图1，移动氢能微网是通过分布式制氢(例如小型电解水装置)、储氢储能(例如储氢罐)、便携式氢能燃料电池以及余热回收装置的车载集成，形成具有自主能源供应能力的移动分布式能源系统。电解槽通过电力电子装置与配电网总线相连；电解槽的氢气输出口经压缩机与储氢罐的输入口相连；储氢罐的输出口与燃料电池的氢气输入口相连；燃料电池的电力输出口与配电网总线相连；燃料电池发电过程中产生的热量可以通过余热回收装置收集起来，再通过换热器为区域热网提供热量。
具体运行特定如下：
当系统处于正常运行状态时，移动氢能微网可以停靠在部分装设有电力电子接口的配网节点上，通过购电或利用分布式新能源发电制氢，并加以储存；当系统发生故障事件后，移动氢能微网将离开停靠点，利用小部分氢储量驱动集装车辆的动力系统，而其它部分氢储量将通过车载燃料电池实现紧急供能。本发明中暂不考虑移动氢能微网的供热能力。
请参阅图2，本发明一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，包括以下步骤：
S1、获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息；
S2、基于步骤S1获取的灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，以恢复过程中的经济损失最小为目标，建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型；
S201、以恢复过程中的经济损失最小为目标，建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型的目标函数；
电网多故障场景下考虑检修流的移动氢能微网调度方法的目标是停电恢复过程中的经济损失最小，目标函数表示如下：
Figure BDA0003810057810000101
其中，T表示所有时间段的集合；N表示配电网所有的节点集合；M表示移动氢能微网的集合；
Figure BDA0003810057810000102
表示节点i的切负荷成本系数；Ctp表示移动氢能微网的运输成本系数；
Figure BDA0003810057810000103
为节点i在时间段t恢复的负荷；
Figure BDA0003810057810000104
为节点i在时间段t的负荷需求；
Figure BDA0003810057810000105
为0-1变量，表示移动氢能微网m在时间段t是否在移动；目标函数的含义是最小化恢复过程中的切负荷成本。
S202、建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型的运行约束。
面向偏远地区高可靠供电的移动氢能微网优化调度需要满足一系列的运行约束条件：
1、检修人员路由约束
Figure BDA0003810057810000106
Figure BDA0003810057810000107
Figure BDA0003810057810000108
Figure BDA0003810057810000109
Figure BDA00038100578100001010
Figure BDA00038100578100001011
Figure BDA0003810057810000111
其中，K表示灾害发生后损坏线路的集合；R表示检修人员的集合；T表示一个调度周期内时间段的数目；
Figure BDA0003810057810000112
为0-1变量，表示检修人员r在时间段t是否离开/停留在损坏线路k，若是则为1，否则为0；trr,kl表示检修人员r在线路k和l之间的路由时间。
式(2)确保在每个时间段，检修人员最多只能停留在其中一条损坏的线路处；
式(3)确保对于一条损坏的线路，在每个时间段最多只能停留一队检修人员；
式(4)保证每条损坏的线路只会被维修一次；由于检修人员路由和其他决策与约束之间的依赖关系，只需要式(5)来确保检修人员在不同线路之间的运动满足必要的运动时间即可，而路-流平衡等约束在这里被隐含地满足了。
举例来解释一下式(5)：如果检修人员1在线路1和线路2之间运动需要两个时间段，若
Figure BDA0003810057810000113
即检修人员1在时间段t时连接在线路1，那么
Figure BDA0003810057810000114
(由于从线路1到线路2的必要运动时间以至它在接下来的两个时间段不能连接到节点2)，反之亦然。式(6)使得检修人员在损坏线路的停留时间不得少于该故障维修时间，式(7)和式(8)保证了检修人员离开和停留状态之间的因果性。其一，只有当检修人员停留在某线路，下一个时间段才可以选择离开；其二，如果检修人员不曾停留在某线路，则不能从该线路离开。
2、移动氢能微网路由约束
Figure BDA0003810057810000115
Figure BDA0003810057810000116
Figure BDA0003810057810000117
其中，Nm表示移动氢能微网m可以连接的节点集合，Mi表示节点i能够连接的移动氢能微网集合；
Figure BDA0003810057810000121
为0-1变量，表示移动氢能微网m在时间段t是否连接在节点i，如果是，则为1。
式(9)允许每个移动氢能微网在每个时间段最多连接到某一个应急供能站节点上。
式(10)限制了每个时间段连接到每个应急供能站的移动氢能微网的数量。
式(11)表示在每一个时间段，移动氢能微网连接到配电网和在路网中运动是相互排斥且完全互补的状态。
Figure BDA0003810057810000122
其中，trm,ij表示移动氢能微网m在节点i和j之间的路由时间。式(12)使得移动氢能微网在不同节点之间的运动满足必要运动时间，原理与(5)类似。
3、移动氢能微网电力调度约束
移动氢能微网有两种工作模式，电-氢转换(Power to Hydrogen,P2H)和氢-电转换(Hydrogen to Power,H2P)。
运行约束如下：
Figure BDA0003810057810000123
Figure BDA0003810057810000124
Figure BDA0003810057810000125
Figure BDA0003810057810000126
Figure BDA0003810057810000127
Figure BDA0003810057810000128
Figure BDA0003810057810000129
Figure BDA00038100578100001210
其中，
Figure BDA0003810057810000131
表示移动氢能微网m在时间段t制取/消耗氢气的质量速率；
Figure BDA0003810057810000132
移动氢能微网m在时间段t从电网吸收用于制氢的功率；
Figure BDA0003810057810000133
表示移动氢能微网m在时间段t发出的功率；表示ηP2H表示电解槽工作时的电-氢转换效率；ηH2P表示燃料电池工作时的氢-电转换效率；η表示氢气的热值；LOHm,t表示移动氢能微网m在时间段t的氢储量；mtp表示移动氢能微网运动时的耗氢速率；Δt表示一个时间段；
Figure BDA0003810057810000134
表示移动氢能微网m的氢储量下限/上限；
Figure BDA0003810057810000135
表示移动氢能微网m制氢的上限，
Figure BDA0003810057810000136
表示移动氢能微网m发出功率的上限；
Figure BDA0003810057810000137
为0-1变量，表示移动氢能微网m在时间段t是否在吸收/发出功率，1代表是，0代表否；gqm,t表示移动氢能微网m在时间段t发出的无功功率；
Figure BDA0003810057810000138
表示移动氢能微网m能够发出的无功功率的最大值。式(15)表示移动氢能微网的氢储量随时间的变化，它是由制氢、发电和运动行为共同决定的。式(16)表明了移动氢能微网储量的上下限；式(17)和(18)约束了P2H和H2P两种模式功率的上下限；式(19)表示移动氢能微网的P2H模式和H2P模式是互斥的，即如果移动氢能微网的电解槽与处于工作状态，燃料电池必然处于停机状态，反之亦然。
4、分支状态约束
Figure BDA0003810057810000139
Figure BDA00038100578100001310
其中，L为电力系统的线路集合；λij,t为0-1变量，表示时间段t线路(i,j)是否是闭合的；Loff表示灾害发生后损坏的线路的集合，值得注意的是Loff和K均表示损坏线路的集合，唯一不同的是，Loff中的元素是边，而K中的元素是点；LRCS表示安装了远程控制开关的线路的集合。式(21)表示没有远程控制开关的且未损坏的线路保持闭合状态；式(22)保证损坏的线路在维修好之前保持断开的状态，在维修好之后则为连接状态。
5、配电网重构约束
Figure BDA0003810057810000141
Figure BDA0003810057810000142
Figure BDA0003810057810000143
Figure BDA0003810057810000144
其中，
Figure BDA0003810057810000145
表示在时间段t孤岛的数目，fij,t表示在时间段t线路(i,j)上的虚拟潮流，li,t表示在时间段t节点i的虚拟负荷，gi,t表示在时间段t源节点i的虚拟供应，K1表示一个足够大的正数，为了保证配电网的辐射状结构，需要满足两个条件：1)在每个孤岛中，闭合的线路数目等于孤岛的节点数目减1；
2)在每个孤岛中，所有负荷节点都与孤岛中的源节点连通。式(23)保证第一个条件得到满足。在每个孤岛中，一个节点被选作虚拟源节点，其余节点都是虚拟负荷节点，虚拟源节点和负荷节点分别是虚拟潮流的源节点和目的节点。对于所有虚拟负荷节点，其虚拟负荷均设为1。式(24)和(25)满足了第二个条件，它们分别保证了虚拟负荷与虚拟源节点的虚拟流量平衡。式(26)保证在断开的线路中，虚拟潮流为0。令K1＝N-Nsub就已经足够大。
6、节点输出功率约束
Figure BDA0003810057810000146
Figure BDA0003810057810000147
Figure BDA0003810057810000148
Figure BDA0003810057810000149
Figure BDA00038100578100001410
其中，Nsub表示变电站节点的集合；Pi,t/Qi,t表示节点i在时间段t的有功/无功功率输出；Psub/Qsub表示变电站的有功/无功率容量。式(27)和(28)表明应急供能站节点处有功功率和无功功率分别等于移动氢能微网在该节点处的有功和无功功率输出之和。式(29)表示如果不是应急供能站或者变电站节点，那么该节点输出的有功和无功功率均为0。
7、功率平衡约束
Figure BDA0003810057810000151
Figure BDA0003810057810000152
Figure BDA0003810057810000153
Figure BDA0003810057810000154
Figure BDA0003810057810000155
Figure BDA0003810057810000156
其中，Pij,t/Qij,t为线路(i,j)在时间段t的有功/无功功率潮流，
Figure BDA0003810057810000157
为节点i在时间段t的有功/无功需求；
Figure BDA0003810057810000158
为节点i在时间段t恢复的有功/无功负荷；
Figure BDA0003810057810000159
表示线路(i,j)的复功率上限。式(32)和(33)保证了各节点的有功和无功功率平衡，约束(34)指明了恢复负荷的上限，式(35)的含义是负荷的恢复率不能降低，只能保持不变或者不断增加直到完全恢复。式(36)表明功率因数是固定的，式(37)指明了线路中复功率的上限，并确保断开的线路上有功和无功功率都为0。
8、潮流约束
Figure BDA00038100578100001510
Figure BDA00038100578100001511
Figure BDA00038100578100001512
其中，vi,t表示在时间段t节点i电压模值的平方，K2表示足够大的正数，Vi min/Vi max表示节点i电压模值的下限/上限，rij/xij表示线路(i,j)的电阻/电抗。式(38)和(39)表示基于DistFlow模型的潮流方程，其中小得多的二次项被省略了，对于未连接的线路，使用一个足够大的正数来松弛这些约束。式(40)是节点电压安全约束。
9、线性化约束
式(27)和(28)中含有双线性项，形式是1个0-1变量乘以1个连续变量，这些非线性项可以通过用一个新的变量来替代两个变量的乘积来线性化。以式(27)为例，线性化方法如下：
Figure BDA0003810057810000161
Figure BDA0003810057810000162
其中，
Figure BDA0003810057810000163
代表
Figure BDA0003810057810000164
表示时间段t移动氢能微网m在节点i吸收用于制氢的功率。移动氢能微网的路由调度问题原本是一个难以求解的非线性规划问题，经过线性化后，变成了混合整数二阶锥规划(Mixed Integer Second Order Cone Programming，MISOCP)问题。如果约束(37)也被线性化，那么原来的优化问题就成为了混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming，MILP)问题。MISOCP和MILP问题都可以被许多现成的求解器高效求解，例如Gurobi。
S3、求解步骤S2中的电网多故障场景下考虑检修流的移动氢能微网调度模型，得到检修人员和移动氢能微网的最优调度方案。
本发明再一个实施例中，提供一种考虑检修流的移动氢能微网调度系统，该系统能够用于实现上述考虑检修流的移动氢能微网调度方法，具体的，该考虑检修流的移动氢能微网调度系统包括信息模块、优化模块以及调度模块。
其中，信息模块，获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息；
优化模块，基于信息模块获取的灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，以恢复过程中的经济损失最小为目标，建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型；
调度模块，求解优化模块中考虑检修流的移动氢能微网调度模型，得到检修人员和移动氢能微网的最优调度方案。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
以IEEE33节点配电系统为例，有5条线路安装了远程控制开关，分别是8-21，9-15，12-22，18-33和25-29。设置了3个移动氢能微网，5个应急供能站，分别在节点7,14,21,29和33。移动氢能微网的技术参数如表1所示。
表1移动氢能微网的技术参数
Figure BDA0003810057810000171
生成0-10的随机数作为各节点的切负荷成本系数，切负荷成本系数越高，说明负荷越重要。假设某偏远地区发生了自然灾害，线路1-2，8-9，9-10，16-17，19-20，24-25，28-29和30-31损坏。设置恢复周期T＝24，Δt＝1小时。
表2恢复过程中移动氢能微网在每个时间段的位置
Figure BDA0003810057810000172
表3(a)检修人员1的维修顺序与时间
Figure BDA0003810057810000181
表3(b)检修人员2的维修顺序与时间
Figure BDA0003810057810000182
通过求解模型(1)-(42)，得到本实施例的考虑检修流的移动氢能微网的优化调度结果如表2所示，检修人员的优化调度结果如表3所示，不同条件下每个时间段的负荷恢复率如图3所示。由图3可知，检修人员与移动氢能微网协同调度情况下的负荷恢复曲线明显高于仅有移动氢能微网优化调度的曲线，这说明检修人员与移动氢能微网的协同调度可以更加合理地利用可用资源，进一步优化恢复策略，降低停电的时间和规模，减少经济损失。
综上所述，本发明一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，能够有效地提高偏远地区配电网的供电可靠性和韧性。为此，本发明提出了以停电过程中切电负荷成本与移动氢能微网运输成本之和最小为目标的移动氢能微网调度模型；相比与给定检修人员的路由方案，该模型中，检修人员与移动氢能微网协同调度，可以进一步优化恢复策略，降低停电的规模和时间。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息；
S2、基于步骤S1获取的灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，以恢复过程中的经济损失最小为目标，建立考虑检修流的移动氢能微网优化调度模型；
S3、求解步骤S2得到的考虑检修流的移动氢能微网调度模型，得到检修人员和移动氢能微网的最优调度方案。
2.根据权利要求1所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，步骤S2中，目标函数为：
Figure FDA0003810057800000011
其中，T表示所有时间段的集合；N表示配电网所有的节点集合；M表示移动氢能微网的集合；
Figure FDA0003810057800000012
表示节点i的切负荷成本系数；Ctp表示移动氢能微网的运输成本系数；
Figure FDA0003810057800000013
为节点i在时间段t恢复的负荷；
Figure FDA0003810057800000014
为节点i在时间段t的负荷需求；
Figure FDA0003810057800000019
为0-1的变量。
3.根据权利要求1所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，步骤S2中，运行约束包括检修人员路由约束、移动氢能微网路由约束、移动氢能微网电力调度约束、分支状态约束、配电网重构约束、节点输出功率约束、功率平衡约束、潮流约束和线性化约束。
4.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，检修人员路由约束具体为：
Figure FDA0003810057800000015
Figure FDA0003810057800000016
Figure FDA0003810057800000017
Figure FDA0003810057800000018
Figure FDA0003810057800000021
Figure FDA0003810057800000022
Figure FDA0003810057800000023
其中，K表示灾害发生后损坏线路的集合；R表示检修人员的集合；T表示一个调度周期内时间段的数目；T为一个调度周期内时间段的集合；
Figure FDA0003810057800000024
为0-1变量；trr,kl表示检修人员r在线路k和l之间的路由时间。
5.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，移动氢能微网路由约束为：
Figure FDA0003810057800000025
Figure FDA0003810057800000026
Figure FDA0003810057800000027
Figure FDA0003810057800000028
其中，Nm表示移动氢能微网m可以连接的节点集合；Mi表示节点i能够连接的移动氢能微网集合；T表示一个调度周期内时间段的数目；T为一个调度周期内时间段的集合；
Figure FDA0003810057800000029
为0-1变量；trm,ij表示移动氢能微网m在节点i和j之间的路由时间；
移动氢能微网电力调度约束为：
Figure FDA00038100578000000210
Figure FDA00038100578000000211
Figure FDA00038100578000000212
Figure FDA00038100578000000213
Figure FDA00038100578000000214
Figure FDA0003810057800000031
Figure FDA0003810057800000032
Figure FDA0003810057800000033
其中，
Figure FDA0003810057800000034
表示移动氢能微网m在时间段t制取/消耗氢气的质量速率；
Figure FDA0003810057800000035
移动氢能微网m在时间段t从电网吸收用于制氢的功率；
Figure FDA0003810057800000036
表示移动氢能微网m在时间段t发出的功率；表示ηP2H表示电解槽工作时的电-氢转换效率；ηH2P表示燃料电池工作时的氢-电转换效率；η表示氢气的热值；LOHm,t表示移动氢能微网m在时间段t的氢储量；mtp表示移动氢能微网运动时的耗氢速率；Δt表示一个时间段；
Figure FDA0003810057800000037
表示移动氢能微网m的氢储量下限/上限；
Figure FDA0003810057800000038
表示移动氢能微网m制氢功率的上限，
Figure FDA0003810057800000039
表示移动氢能微网m发出功率的上限；
Figure FDA00038100578000000310
为0-1变量；gqm,t表示移动氢能微网m在时间段t发出的无功功率；
Figure FDA00038100578000000311
表示移动氢能微网m能够发出的无功功率的最大值，T为一个调度周期内时间段的集合。
6.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，分支状态约束为：
Figure FDA00038100578000000312
Figure FDA00038100578000000313
其中，L为电力系统的线路集合；λij,t为0-1变量；Loff表示灾害发生后损坏的线路的集合；LRCS表示安装了远程控制开关的线路的集合；T为一个调度周期内时间段的集合。
7.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，配电网重构约束为：
Figure FDA0003810057800000041
Figure FDA0003810057800000042
Figure FDA0003810057800000043
其中，
Figure FDA0003810057800000044
表示在时间段t孤岛的数目；fij,t表示在时间段t线路(i,j)上的虚拟潮流；li,t表示在时间段t节点i的虚拟负荷；gi,t表示在时间段t源节点i的虚拟供应；K1表示一个足够大的正数；T为一个调度周期内时间段的集合。
8.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，节点输出功率约束如下：
Figure FDA0003810057800000045
Figure FDA0003810057800000046
Figure FDA0003810057800000047
Figure FDA0003810057800000048
Figure FDA0003810057800000049
其中，Nsub表示变电站节点的集合；Pi,t/Qi,t表示节点i在时间段t的有功/无功功率输出；Psub/Qsub表示变电站的有功/无功率容量；T为一个调度周期内时间段的集合；
功率平衡约束如下：
Figure FDA00038100578000000410
Figure FDA00038100578000000411
Figure FDA00038100578000000412
Figure FDA00038100578000000413
Figure FDA0003810057800000051
Figure FDA0003810057800000052
其中，Pij,t/Qij,t为线路(i,j)在时间段t的有功/无功功率潮流；
Figure FDA0003810057800000053
为节点i在时间段t的有功/无功需求；
Figure FDA0003810057800000054
为节点i在时间段t恢复的有功/无功负荷；
Figure FDA0003810057800000055
表示线路(i,j)的复功率上限。
9.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，潮流约束如下：
Figure FDA0003810057800000056
Figure FDA0003810057800000057
Figure FDA0003810057800000058
其中，vi,t表示在时间段t节点i的电压模值的平方；K3表示足够大的正数，Vi min/Vi max表示节点i电压模值的下限/上限；rij/xij表示线路(i,j)的电阻/电抗，T为一个调度周期内时间段的集合。
10.根据权利要求3所述的考虑检修流的移动氢能微网调度方法，其特征在于，其特征在于，线性化约束如下：
Figure FDA0003810057800000059
Figure FDA00038100578000000510
其中，
Figure FDA00038100578000000511
表示时间段t移动氢能微网m在节点i吸收用于制氢的功率。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001050666A2 (en) * 1999-12-31 2001-07-12 Crone Michael S Cost reactive resource scheduler and method
US20080231114A1 (en) * 2007-03-23 2008-09-25 Bpl Global, Ltd. System and Method for Adaptive Islanding for Stored/Distributed Energy Devices
CN110210693A (zh) * 2019-02-18 2019-09-06 德州新动能铁塔发电有限公司 一种水氢发电移动供电车智能调配系统及其方法
CN113111476A (zh) * 2021-04-29 2021-07-13 华北电力大学 一种提高电网韧性的人-车-物应急资源优化调度方法
CN113364045A (zh) * 2021-05-26 2021-09-07 国网上海市电力公司 一种移动式储能参与的主动配电网故障恢复方法
CN114389263A (zh) * 2022-01-21 2022-04-22 山东大学 基于信息物理协同优化的弹性配电网灾后恢复方法及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001050666A2 (en) * 1999-12-31 2001-07-12 Crone Michael S Cost reactive resource scheduler and method
US20080231114A1 (en) * 2007-03-23 2008-09-25 Bpl Global, Ltd. System and Method for Adaptive Islanding for Stored/Distributed Energy Devices
CN110210693A (zh) * 2019-02-18 2019-09-06 德州新动能铁塔发电有限公司 一种水氢发电移动供电车智能调配系统及其方法
CN113111476A (zh) * 2021-04-29 2021-07-13 华北电力大学 一种提高电网韧性的人-车-物应急资源优化调度方法
CN113364045A (zh) * 2021-05-26 2021-09-07 国网上海市电力公司 一种移动式储能参与的主动配电网故障恢复方法
CN114389263A (zh) * 2022-01-21 2022-04-22 山东大学 基于信息物理协同优化的弹性配电网灾后恢复方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAI WANG ET AL.: "Integrated Energy Exchange Scheduling for Multimicrogrid System With Electric Vehicles", 《IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID》, vol. 7, no. 4, 31 July 2016 (2016-07-31), pages 1762 - 1774, XP011614458, DOI: 10.1109/TSG.2015.2438852 *
翁晓勇等: "考虑移动储能有功时空支撑的不对称配电网负荷恢复策略", 《电网技术》, vol. 45, no. 4, 30 April 2021 (2021-04-30), pages 1463 - 1470 *

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