一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法

本发明涉及配电网移动储能优化调度与保供电，具体为一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法。

背景技术：

1、随着配电网负荷形态和供电服务需求日益多样化，大型活动保障、重要用户临时增容以及局部设备阶段性重过载治理等临时性、阶段性保供电需求不断增加。该类任务通常具有明确的任务位置和服务时间，并要求在规定服务时窗内保持较高的供电水平。对于部分重要保供电任务，还要求移动电源在指定位置实际承担一定比例的供电责任。

2、传统保供电方式主要依靠固定式储能、临时增容、配电网运行方式调整以及应急电源接入等手段。固定式储能由于安装位置确定，只能对局部区域提供功率支撑，当多个保供电任务在不同节点、不同时间连续发生时，难以根据任务变化进行跨区域灵活配置。

3、移动储能系统具有可移动、可调度、接入灵活和响应速度快等特点，既能够发挥储能设备的充放电功率调节能力，又能够通过车辆转移实现储能资源在不同配电网节点之间的空间配置。因此，将移动储能系统用于多场景保供电任务，可根据任务节点、服务时窗以及负荷变化情况动态确定车辆移动路径、停驻位置和充放电计划。

4、但是，现有移动储能优化调度方法仍存在一定不足。

5、一方面，现有方法多采用系统总失供电量、累计恢复电量或综合运行成本等指标评价移动储能调度效果，对具有明确服务时窗的保供电任务缺少逐时供电约束。当任务服务时窗中的部分时段存在供电不足时，其他时段的较高供电量可能对累计指标形成补偿，从而难以保证任务在整个服务时窗内持续达到规定的最低供电要求。

6、另一方面，任务节点总体供电达标并不能表明移动储能已经实际承担规定的供电责任。由于任务节点还可同时获得上级电网、分布式电源等电源支撑，可能出现移动储能虽然已经到达任务节点，但未产生足够实际有功注入的情况。对于临时增容和设备重过载治理等场景，该种调度结果无法有效分担原有接口或上游设备的供电压力。

7、此外，对于持续时间较长或电量需求较大的保供电任务，单台移动储能可能受到额定储能容量、荷电状态（soc）下限以及后续备用要求限制，难以持续承担整个服务时窗内的供电责任。若在原执行车辆退出之后再调度其他车辆前往任务节点，则车辆转移、安装接线和并网准备过程容易形成责任供电空档。

8、因此，亟需一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法，能够统一考虑任务服务时窗、移动储能真实责任履约以及多车接续供电过程，并将移动储能任务分配、空间转移、充放电运行、能量状态和配电网运行状态进行协调优化。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法，包括以下步骤：

4、步骤1：建立配电网—移动储能多场景保供电联合运行基础模型，对于每项保供电任务，至少获取其任务节点、服务开始时刻、服务结束时刻、最低供电要求以及移动储能责任供电要求；

5、步骤2：建立移动储能时空运行模型，移动储能仅在实际停驻于可接入节点时与配电网交换功率；

6、步骤3：建立保供电任务时窗供电达标模型，使某一时段的供电缺额不能通过其他调度时段增加供电量进行补偿；

7、步骤4：建立移动储能责任履约模型，判断移动储能是否实际承担规定的供电责任；

8、步骤5：建立长时任务多车接续供电模型，当当前正式执行车辆无法持续完成后续责任供电时，允许其他移动储能系统作为接替车辆；

9、步骤6：建立接替车辆提前到位和荷电状态就绪约束，分别针对任务首次执行车辆和中途接替车辆设置不同的最低就绪阈值；

10、步骤7：建立车辆静默等待和正式接管关系，接替车辆提前到达任务节点并满足就绪要求后，在正式接管任务之前保持静默等待；

11、步骤8：建立配电网—移动储能多场景保供电协同优化模型，配电网潮流约束采用支路潮流模型，并通过二阶锥松弛将非线性潮流关系转化为二阶锥约束；

12、步骤9：建立目标函数并求解协同调度模型。

13、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤1中，不同类型的保供电任务采用统一任务结构进行描述，每项任务至少包含任务节点、服务时窗、最低供电要求和移动储能责任供电要求，从而使不同应用场景能够进入同一调度模型进行统一优化；

14、所述步骤1的具体方法为，设移动储能系统集合为，调度时段集合为，移动储能可接入节点集合为，保供电任务集合为；其中，m为保供电任务索引，t为调度时段索引；对于任务，其任务节点表示为，服务时窗表示为：

15、

16、式中：表示任务的服务开始时刻；表示任务的服务结束时刻。

17、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤2的具体方法为，定义二进制位置变量，当移动储能系统在时段位于节点时取1，否则取0；定义二进制转移变量，当移动储能系统在时段内由节点转移至节点时取1，否则取0；当时，表示移动储能系统在节点保持停驻；其中，i、j为配电网节点索引，k为移动储能系统索引，设为一个调度时段内由节点能够到达的节点集合，则移动储能空间转移关系满足：

18、

19、

20、并满足：

21、

22、其中，为移动储能可接入节点集合；定义和分别为移动储能系统在时段的充电功率和放电功率；设为移动储能系统在节点的净有功注入，则有：

23、

24、并满足：

25、

26、式中：和分别表示移动储能系统的最大充电功率和最大放电功率；为移动储能系统在时段t停驻于节点i的二进制变量，停驻时取1，否则取0；

27、进一步建立移动储能能量状态递推关系：

28、

29、式中δt表示单个调度时段的时间长度；移动储能剩余能量满足：

30、

31、式中：表示移动储能系统在时段的剩余能量；表示额定储能容量；和分别表示充电效率和放电效率；和分别表示最小和最大允许荷电状态。

32、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤3的具体方法为，定义二进制变量，当移动储能系统在时段正式执行任务时取1，否则取0；任务服务时窗内，每一调度时段均应存在唯一正式执行车辆：

33、

34、同一台移动储能系统在同一调度时段最多执行一项保供电任务：

35、

36、且正式执行车辆必须已经位于相应任务节点：

37、

38、式中，为移动储能系统在时段t停驻于任务m对应节点im的二进制变量，停驻时取1，否则取0；

39、设为节点在时段的负荷供电比例，为任务的最低供电比例，为任务时窗供电比例缺额，则：，其中，为节点i在时段t的实际供电功率与负荷需求功率之比。

40、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤4中，将移动储能任务执行状态、任务节点空间位置和实际有功注入相互绑定，仅当移动储能系统在相应任务节点形成规定的实际有功注入时，认定其完成移动储能责任履约；设为任务最低保障功率中要求由移动储能承担的比例，为任务节点在时段的有功负荷，为移动储能责任功率缺额，则有：

41、

42、其中：

43、

44、表示移动储能系统在任务的时段应承担的最低责任功率；节点有功注入满足：

45、

46、当时，移动储能系统即使已经提前到达任务节点，也不能产生计入当前任务履约的责任功率；只有被确定为正式执行车辆后，才允许其承担相应任务责任。

47、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤5中，当保供电任务处于激活状态时，允许原执行移动储能和接替移动储能在任务节点短时共址，同时保持任一调度时段仅有一台移动储能作为正式任务执行主体；设为任务激活参数，当节点在时段存在正在执行的保供电任务时取1，否则取0；任务节点停驻容量满足：

48、

49、当节点不存在保供电任务时，同一时段最多允许一台移动储能系统停驻；当任务处于激活状态时，允许两台移动储能系统短时同时位于任务节点；定义二进制变量，用于判断移动储能系统是否在时段新进入任务，其满足：

50、

51、

52、

53、当时，表示移动储能系统由非执行状态转变为正式执行状态。

54、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤6的具体方法为，考虑车辆交通转移、停驻、安装接线以及并网准备过程，接替车辆应在正式上岗之前至少提前一个完整调度时段到达相应任务节点：

55、

56、除空间到位条件之外，接替车辆还满足最低荷电状态要求，令表示移动储能进入任务时所要求的最低就绪能量，则：

57、

58、式中：为移动储能进入任务时所要求的最低荷电状态；为用于放松非激活状态约束的足够大常数；当时，移动储能系统剩余能量必须达到规定就绪阈值。

59、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤7中，提前到位但未正式执行任务的移动储能系统不产生计入当前任务责任履约的有功功率；定义二进制变量表示任务在时段是否发生车辆接续，对于任务开始时刻之后：

60、

61、任务首次开始执行不计为车辆接续：

62、

63、当任务正式执行车辆发生变化时，原执行车辆退出正式执行状态，接替车辆进入正式执行状态，从而完成任务供电责任在两台移动储能系统之间的转移。

64、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤8的具体方法为，节点在时段由所有移动储能系统形成的总有功注入表示为：

65、

66、移动储能有功注入作为节点功率平衡项加入配电网潮流模型；采用支路潮流模型描述配电网运行状态，设、分别为支路的有功功率和无功功率，为节点电压幅值平方，为支路电流幅值平方，、分别为支路电阻和电抗，则支路电压降满足：

67、

68、支路功率、电压和电流关系满足：

69、

70、节点电压满足：

71、

72、其中，和分别表示节点i允许的最小和最大电压幅值；对于存在临时增容或阶段性重过载治理任务的场所，其原有供电接口满足：

73、

74、其中，和分别表示任务m所在场所原有供电接口在时段t传输的有功功率和无功功率；且：

75、

76、式中：表示任务场所接口额定容量；表示接口短时超载量；表示接口允许的最大短时负载系数。

77、作为本发明所述的一种面向多场景保供电任务的移动储能协同调度方法的一种优选方案，其中，所述步骤9的总体目标为：

78、

79、式中：f表示协同调度模型的总目标函数；表示任务履约惩罚成本；表示全网失供电成本；表示系统运行成本；表示设备超载惩罚成本；其中，任务履约惩罚成本同时考虑任务时窗供电缺额和移动储能责任功率缺额：

80、

81、式中：求和范围为、；表示任务优先权重；表示任务时窗供电缺额惩罚系数；表示移动储能责任功率缺额惩罚系数；

82、模型约束包括移动储能空间转移约束、停驻接入约束、充放电运行约束、荷电状态约束、任务时窗供电约束、移动储能责任履约约束、接替车辆提前到位约束、荷电状态就绪约束、车辆接续约束、配电网潮流约束、节点电压约束、支路电流约束、分布式电源运行约束以及场所接口容量约束；采用混合整数二阶锥规划算法或等价优化算法对所述模型进行求解，得到各调度时段内移动储能系统的任务分配、停驻节点、移动路径、充放电功率、荷电状态以及车辆接续关系，并根据求解结果形成多场景保供电调度方案。

83、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

84、第一，本发明将大型活动保障、重要用户临时增容、局部设备阶段性重过载治理等不同类型的保供电需求统一表示为包含任务节点、服务时窗、最低供电要求和移动储能责任要求的保供电任务，使多种保供电需求能够在统一模型中进行协同调度。

85、第二，本发明对任务服务时窗内各调度时段分别设置最低供电要求，能够避免累计供电指标掩盖局部时段供电不足，提高保供电任务在规定服务时窗内的逐时供电保障能力。

86、第三，本发明建立任务节点总体供电达标与移动储能责任履约双层判定机制，将任务执行状态、移动储能空间位置和实际有功注入相互关联，能够避免移动储能仅到达任务节点但未真实承担供电责任的形式履约问题。

87、第四，本发明通过移动储能实际有功注入承担任务责任功率，能够降低任务场所通过原有供电接口获取的功率，从而减轻重要用户临时增容和阶段性设备重过载场景下的接口及上游设备运行压力。

88、第五，本发明针对单台移动储能受剩余能量和荷电状态限制难以完成长时任务的问题，建立接替车辆提前到位、接入准备、荷电状态就绪、静默等待和正式接管机制，使接替车辆能够在原执行车辆退出之前完成空间和能量准备。

89、第六，本发明通过正式执行车辆唯一性以及接替车辆提前准备机制，实现供电责任在不同移动储能系统之间连续转移，提高持续时间较长的保供电任务的连续责任履约能力。

90、第七，本发明能够综合考虑移动储能任务分配、车辆空间转移、充放电运行、剩余能量、任务服务时窗、责任履约、车辆接续以及配电网潮流和设备容量约束，实现多台移动储能参与多场景保供电任务的协同优化。