一种基于虚拟配电网建模的移动储能调度方法及系统

本技术涉及移动储能调度，特别涉及一种基于虚拟配电网建模的移动储能调度方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式新能源接入、电动交通规模化发展、充换电基础设施建设和移动储能装备应用，调度区域内多储能节点供配能系统的供需关系呈现出更强的时空不均衡特征。不同储能节点之间的可用供给能力、负荷需求、可再生能源出力和关键负荷保障需求往往存在差异。部分储能节点在某些时段可能具有富余供电或新能源消纳能力，而另一些储能节点则可能出现充电需求集中、局部供电能力不足或关键负荷保障压力。在具有道路可达性的多储能节点供配能场景中，移动储能装置具有可移动、可充放电、可重复部署和响应位置可变等特点，能够在不同储能节点之间搬运能量，从而为调度区域提供跨储能节点能源支撑。高速公路能源网、园区配电网络、站群供能网络、充换电站群和应急保障供电场景均可形成此类典型应用场景。

2、现有的移动储能调度方法通过在调度区域内各储能节点之间直接构建移动储能装置的车辆级优化调度模型进行调度决策，该模型以移动储能装置的位置、充放电功率和荷电状态为决策变量，直接求解输出移动储能装置的的可执行调度动作。

3、然而，上述移动储能装置的调度模型仅停留在移动储能装置在储能节点之间的调度动作层面，无法在调度决策过程中显式表征各储能节点的能量转移量，从而无法显式量化调度过程中各储能节点间的能量互济需求，导致调度人员难以根据各节点之间的能量互济需求灵活调整储能调度策略，无法形成调度动作的可追溯性解释。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于虚拟配电网建模的移动储能调度方法及系统。

2、本发明采用下述技术方案：

3、本发明提供了一种基于虚拟配电网建模的移动储能调度方法，包括：

4、获取储能调度区域内各储能节点的状态数据以及移动储能装置的运行数据；

5、基于各储能节点的状态数据，构建储能调度区域的虚拟配电网模型；

6、在虚拟配电网模型中，以各虚拟能量通道的能量流约束、储能节点功率平衡约束及虚拟通道容量约束为约束条件，以及以移动储能装置在各虚拟能量通道的调度成本最小化为优化目标，构建能量流优化模型并求解，得到各虚拟能量通道的初始理想能量流；其中，能量流用于表征移动储能装置在各虚拟能量通道上从起始储能节点运动至终止储能节点时的功率转移量；

7、根据储能节点之间的道路距离与初始理想能量流，确定各储能节点的理想流入能量流；

8、根据移动储能装置的运行数据，构建移动储能装置在各储能节点之间的可调度模型；以理想流入能量流作为各储能节点的流入能量流目标，对可调度模型进行求解，得到移动储能装置的调度指令，以实现调度区域内的移动储能调度。

9、优选地，各储能节点的状态数据包括：总预测用能功率、可用供给功率、储能节点供能成本、道路距离数据以及道路交通速度数据；所述移动储能装置的运行数据，包括：移动储能装置位置、移动储能装置荷电状态以及运行约束参数；所述运行约束参数包括最大储能电量、最小储能电量、最大充电功率、最大放电功率、充电效率以及放电效率。

10、优选地，基于各储能节点的状态数据，在各储能节点间建立虚拟能量通道，具体包括：

11、根据各储能节点状态数据中总预测用能功率与可用供给功率的差值，确定功率富余储能节点和功率负荷缺口储能节点；

12、在功率富余储能节点与功率负荷缺口储能节点之间建立虚拟能量通道；

13、其中所述虚拟能量通道的方向由功率富余储能节点指向功率负荷缺口储能节点，用于表征功率富余储能节点向功率负荷缺口储能节点进行等效能量转移的建模通道。

14、优选地，基于各储能节点的状态数据，构建储能调度区域的虚拟配电网模型，具体包括：

15、基于各储能节点的运行数据，在各储能节点间建立虚拟能量通道；并基于调度区域内的道路连接关系，在各储能节点间建立道路弧；

16、将各储能节点作为虚拟配电网模型的储能节点集合，将各虚拟能量通道作为虚拟配电网模型的虚拟能量通道集合，将各道路弧作为虚拟配电网模型的道路弧集合，将调度时域内的各时段作为时间片集合；

17、根据所述储能节点集合、虚拟能量通道集合、道路弧集合以及时间片集合构成所述虚拟配电网模型；

18、其中，虚拟能量通道的方向表示能量流方向，道路弧的方向表示移动储能装置的行驶方向。

19、优选地，道路弧具有出发储能节点、到达储能节点、道路距离、行驶时延以及行驶能耗；所述行驶时延根据道路距离、道路交通速度以及调度时段的时间片长度确定；所述行驶能耗根据道路距离以及移动储能装置单位距离行驶能耗系数确定。

20、优选地，基于虚拟配电网模型，以各虚拟能量通道的能量流约束、储能节点功率平衡约束及虚拟通道容量约束为约束条件，以及以最小化移动储能装置在各虚拟能量通道的供能成本为优化目标，构建能量流优化模型，具体包括：

21、针对调度区域内的每一个储能节点以及调度时域内的每一个时段，设置各储能节点的实际利用供给功率的取值上限为各储能节点的可用供给功率，且实际利用供给功率不小于零，作为源出力约束；

22、根据调度区域内每个储能节点的实际利用供给功率、未满足负荷功率以及储能节点对应的虚拟能量通道从其他储能节点转移至该储能节点的能量流、总预测用能功率以及经由所有流出该储能节点的虚拟能量通道从该储能节点转移至其他储能节点的能量流，确定储能节点功率平衡约束，表达式为：

23、；

24、式中，为调度区域内储能节点在时段内的实际利用供给功率，为调度区域内储能节点在时段内的未满足负荷功率，为虚拟能量通道的通道效率，为由储能节点流向储能节点的理想能量流，为调度区域内储能节点在时段内的总预测用能功率，为能量流入储能节点的虚拟能量通道集合，为能量流出储能节点的虚拟能量通道集合；

25、针对每一条虚拟能量通道以及每一个时段，设置该虚拟能量通道上的理想能量流的取值上限为该虚拟能量通道在该时段的容量上限，且理想能量流不小于零，作为虚拟通道容量约束；

26、以源出力约束、储能节点功率平衡约束以及虚拟通道容量约束为约束条件，根据调度区域内每个储能节点的实际利用供给功率和未满足负荷功率，构建以最小化移动储能装置在各虚拟能量通道的调度成本为优化目标的能量流优化模型，其中调度成本包括源出力成本和缺供惩罚成本，表达式为：

27、；

28、式中，为调度时间片段集合，为调度区域储能节点总数，和分别为储能节点的实际利用供给功率以及未满足负荷功率的成本系数，其中，大于，用于优先避免负荷缺供，为调度时间片段。

29、优选地，根据储能节点之间的道路距离与初始理想能量流，确定各储能节点的理想流入能量流，具体包括：

30、根据虚拟能量通道所连接的两个储能节点之间的道路距离以及预设的单位距离能量损耗系数，确定虚拟能量通道效率；

31、其中，所述虚拟能量通道效率为1减去所述单位距离能量损耗系数与所述道路距离的乘积，且虚拟能量通道效率大于等于零；

32、根据虚拟能量通道效率与初始理想能量流的乘积，确定各储能节点的理想流入能量流。

33、优选地，以理想流入能量流作为各储能节点的流入能量流目标，对移动储能装置可调度模型进行求解，得到移动储能装置的调度指令，具体包括：

34、设置移动储能装置可调度模型的约束条件，包括：在各储能节点的储能节点功率平衡约束、停靠唯一性约束、位置递推约束、出发与停靠位置绑定约束、充放电动作与停靠位置绑定约束、动作互斥约束、荷电状态递推约束、荷电状态上下限约束和终端能量约束、终端停靠约束；

35、基于移动储能装置的约束条件，以移动储能装置出发、停靠、充电、放电和荷电状态轨迹为决策对象，构建移动储能装置的可执行调度模型，表达式为：

36、；

37、式中，为可执行调度模型的基础运行成本函数，为储能节点接收能量流的跟踪偏差权重，和为移动储能装置在储能节点在时段引入的正偏差变量和负偏差变量；

38、以理想流入能量流作为移动储能装置在各储能节点流入能量流目标，求解移动储能装置的可执行调度模型，得到移动储能装置在虚拟配电网模型中各储能节点的实际流入能量流、出发决策、充电功率、放电功率以及荷电状态轨迹；

39、基于移动储能装置在虚拟配电网模型中各储能节点的实际流入能量流、出发决策、充电功率、放电功率以及荷电状态轨迹，生成移动储能装置在虚拟配电网模型的调度指令。

40、优选地，在得到移动储能装置在虚拟配电网模型中各储能节点的实际流入能量流之后，还包括：

41、针对于调度区域内每个储能节点，根据调度区域内储能节点的理想流入能量流与移动储能装置在储能节点形成的实际流入能量流所得的差值确定储能节点的流入能量流跟踪短缺量；

42、若任一储能节点在任一时段的流入能量流跟踪短缺量大于预设阈值，则将该时段标记为该储能节点的短缺时段，并将相邻的短缺时段合并为连续误差时间窗口；

43、针对每一个连续误差时间窗口，根据能量流入该储能节点的虚拟能量通道集合以及所述虚拟能量通道集合中各虚拟能量通道的通道效率，确定该储能节点在该连续误差时间窗口内的累计能量容量约束；

44、将所述累计能量容量约束加入能量流优化模型中，并重新求解能量流优化模型、求解移动储能装置可调度模型、计算流入能量流跟踪短缺量，以及确定连续误差时间窗口，直至所有储能节点在所有时段的跟踪短缺量均小于所述预设阈值，输出最终的移动储能装置调度指令。

45、本发明提供了一种基于虚拟配电网建模的移动储能调度系统，包括：

46、数据获取模块，用于获取储能调度区域内各储能节点的状态数据以及移动储能装置的运行数据；

47、能量流求解模块，用于基于各储能节点的状态数据，构建储能调度区域的虚拟配电网模型；在虚拟配电网模型中，以各虚拟能量通道的能量流约束、储能节点功率平衡约束及虚拟通道容量约束为约束条件，以及以移动储能装置在各虚拟能量通道的调度成本最小化为优化目标，构建能量流优化模型并求解，得到各虚拟能量通道的初始理想能量流；其中，能量流用于表征移动储能装置在各虚拟能量通道上从起始储能节点运动至终止储能节点时的功率转移量；

48、可执行调度模块，用于根据储能节点之间的道路距离与初始理想能量流，确定各储能节点的理想流入能量流；根据移动储能装置的运行数据，构建移动储能装置在各储能节点之间的可调度模型；以理想流入能量流作为各储能节点的流入能量流目标，对可调度模型进行求解，得到移动储能装置的调度指令，以实现调度区域内的移动储能调度。

49、本发明提供了一种基于虚拟配电网建模的移动储能调度系统，包括：

50、数据获取模块，用于获取储能调度区域内各储能节点的状态数据以及移动储能装置的运行数据；

51、能量流求解模块，用于基于各储能节点的状态数据，在各储能节点间建立虚拟能量通道；并基于调度区域内的道路连接关系，在各储能节点间建立道路弧；根据各储能节点间的虚拟能量通道和道路弧，构建储能调度区域的虚拟配电网模型；在虚拟配电网模型中，以各虚拟能量通道的能量流约束、储能节点功率平衡约束及虚拟通道容量约束为约束条件，以及以移动储能装置在各虚拟能量通道的调度成本最小化为优化目标，构建能量流优化模型并求解，得到各虚拟能量通道的初始理想能量流；其中，能量流用于表征移动储能装置在各虚拟能量通道上从起始储能节点运动至终止储能节点时的功率转移量；

52、可执行调度模块，用于根据储能节点之间的道路距离，确定虚拟能量通道效率；并根据虚拟能量通道效率与初始理想能量流，确定各储能节点的理想流入能量流；以各储能节点的理想流入能量流作为移动储能装置的储能节点流入能量流跟踪目标，根据移动储能装置的运行数据，构建移动储能装置可调度模型并求解，得到移动储能装置的调度指令，以实现调度区域内的移动储能调度。

53、本发明采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

54、本发明基于虚拟配电网模型构建的能量流优化模型，在储能调度过程中通过虚拟能量通道上的能量流约束、储能节点功率平衡约束及虚拟通道容量约束，在全局层面确保各储能节点之间能量供需平衡的同时，将每个储能节点的能量以及所有关联虚拟能量通道的流入流出能量流通过能量流优化模型进行定量表征，以调度成本最小化为导向，合理分配各通道上的能量转移量，将调度过程中各储能节点之间原本隐性的、难以量化的能量互济需求通过能量流优化模型转化为可在虚拟配电网络中各通道上显式表达和全局优化的能量流变量，使得移动储能装置在调度过程中各储能节点间的能量转移量具备了明确的数学形式和可求解路径，解决了现有技术中无法显式量化调度过程中能量转移的问题，实现了调度区域内各储能节点间能量互济需求的显式解释，从而使移动储能装置的调度动作具备了可追溯性的解释依据，能够指导调度人员根据调度过程中各节点之间的能量互济需求灵活调整储能调度策略。