一种移动氢能微电网系统及其调度方法

1.本发明属于氢能源应用技术领域，具体涉及一种移动氢能微电网系统及其调度方法。

背景技术：

2.电力系统作为关乎国民经济发展与能源安全的关键基础设施，需要严格保证供电的持续性与稳定性。而配电网作为电力系统中与用户直接相连的部分，其安全可靠供电一直以来都是我国电力建设的核心要务。但实际上，偏远地区不仅网架建设滞后，而且存在大量老化折损严重的电气元件，导致故障概率远高于其它地区。若遇到自然灾害等极端情况，偏远地区的配电网发生多组元件同时损坏甚至连锁故障的概率将大幅提高。因此，对于偏远地区配网，不仅应关注其供电可靠性的提升，还需重点研究配网的韧性提升策略。
3.氢能制备和储运技术的突破性进展，正在为能源电力系统结构的颠覆性变革奠定基础。利用氢储能高能量密度的优势能够有效支持离网系统的短期能量供应的特点，氢电耦合系统能够有效提高电力救灾的响应效率质量，协助加速故障恢复进程。但是氢电转化设备建设成本高昂，阻碍了其在偏远地区的建设与发展。

技术实现要素：

4.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，提供一种移动氢能微电网系统及其调度方法，延缓线路升级，且能够降低在偏远地区投资建设氢电转化设备的成本，提高了在偏远地区应用氢能的经济可行性，从而提升偏远地区配电网供电的可靠性与韧性。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种移动氢能微电网系统，包括分布式制氢装置，分布式制氢装置设置在车体上，分布式制氢装置通过电力电子装置与配电网总线连接；分布式制氢装置的氢气输出口经压缩机与储氢储能装置入口连接，储氢储能装置出口连接氢能燃料电池的氢气输入口，氢能燃料电池的电力输出口与配电网总线连接；氢能燃料电池经余热回收装置连接换热器，用于收集氢能燃料电池发电过程中产生的热量，并通过换热器为区域热网提供热量。
7.具体的，当配电系统处于正常运行状态时，移动氢能微电网布置在装有电力电子接口的配网节点处，通过购电或利用分布式新能源发电制氢并储存；当配电系统发生故障事件后，移动氢能微电网利用一部分氢储量驱动车体移动，剩余部分氢储量通过燃料电池实现紧急供能。
8.第二方面，本发明实施例提供了一种移动氢能微电网系统调度方法，包括以下步骤：
9.s1、获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，给定维修人员的路由路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间；
10.s2、以恢复过程中的经济损失最小为目标建立目标函数，基于步骤s1给定的路由
路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间，建立移动氢能微电网优化调度模型；
11.s3、求解步骤s2的移动氢能微电网优化调度模型，得到移动氢能微电网的最优调度方案。
12.具体的，步骤s2中，移动氢能微电网优化调度模型的运行约束包括：
13.移动氢能微电网路由约束：允许每个移动氢能微电网在每一个时间段最多连接到某一个应急供能站节点上；限制每个时间段连接到每个应急供能站的移动氢能微电网的数量小于等于1；在每一个时间段，移动氢能微电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；
14.移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网的氢储量随时间的变化；约束电转氢和氢转电模式功率的上下限；移动氢能微电网的电转氢模式和氢转电模式互斥的，即如果移动氢能微电网的电解槽与处于工作状态，燃料电池必然处于停机状态；
15.分支状态约束：如果在时间段t线路仍然是损坏的，线路断开；没有远程控制开关的且未损坏的线路保持闭合状态；
16.配电网重构约束：在每个孤岛中，将一个节点作为虚拟源节点，剩余节点作为虚拟负荷节点，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，所有虚拟负荷节点的虚拟负荷均设为1；在断开的线路中，虚拟潮流为0；
17.节点输出功率约束：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电网在该节点处的有功和无功功率输出之和；如果不是应急供能站或者变电站节点，对应节点输出的有功和无功功率均为0；
18.功率平衡约束：使各节点的有功和无功功率平衡；确定恢复负荷的上限；负荷的恢复率保持不变或不断增加直到完全恢复；固定功率因数；确定线路中复功率的上限，同时确定断开的线路中功率为0；
19.潮流约束：基于distflow模型的潮流方程，使用一个正数松弛约束未连接的线路；
20.线性化约束：用一个新的变量替代两个变量的乘积进行线性化。
21.进一步的，移动氢能微电网路由约束：
[0022][0023][0024][0025][0026]
其中，nm表示移动氢能微电网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电网集合；为0-1变量，表示移动氢能微电网m在时间段t是否连接在节点i；为0-1变量；t表示一个调度周期内时间段的集合；tr
m,ij
表示移动氢能微电网m在节点i和j之间的路由时间；
[0027]
移动氢能微电网电力调度约束：
[0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036]
其中，表示移动氢能微电网m在时间段t制取/消耗氢气的质量速率；移动氢能微电网m在时间段t从电网吸收用于制氢的功率；表示移动氢能微电网m在时间段t发出的功率；表示η
p2h
表示电解槽工作时的电-氢转换效率；η
h2p
表示燃料电池工作时的氢-电转换效率；η表示氢气的热值；loh
m,t
表示移动氢能微电网m在时间段t的氢储量；m
tp
表示移动氢能微电网运动时的耗氢速率；δt表示一个时间段；表示移动氢能微电网m的氢储量下限/上限；表示移动氢能微电网m制氢功率的上限；表示移动氢能微电网m发出功率的上限；为0-1变量，表示移动氢能微电网m在时间段t是否在吸收/发出功率；gq
m,t
表示移动氢能微电网m在时间段t发出的无功功率；表示移动氢能微电网m能够发出的无功功率的最大值。
[0037]
进一步的，分支状态约束：
[0038][0039][0040]
其中，l为电力系统的线路集合；λ
ij,t
为0-1变量，表示在时间段t断开的线路集合，l
rcs
表示安装了远程控制开关的线路的集合；
[0041]
配电网重构约束：
[0042][0043]
[0044][0045][0046]
其中，表示在时间段t孤岛的数目；f
ij,t
表示在时间段t线路(i,j)上的虚拟潮流；l
i,t
表示在时间段t节点i的虚拟负荷；g
i,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。
[0047]
进一步的，节点输出功率约束：
[0048][0049][0050][0051][0052][0053]
其中，n
sub
表示变电站节点的集合；p
i,t
/q
i,t
表示节点i在时间段t的有功/无功功率输出；p
sub
/q
sub
表示变电站的有功/无功率容量；
[0054]
功率平衡约束：
[0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061]
其中，p
ij,t
/q
ij,t
为线路(i,j)在时间段t的有功/无功功率潮流；为节点i在时间段t的有功/无功需求；为节点i在时间段t恢复的有功/无功负荷；表示线路(i,j)的复功率上限。
[0062]
进一步的，潮流约束：
[0063][0064]
[0065][0066]
其中，v
i,t
表示在时间段t节点i的电压模值的平方；k2表示足够大的正数；v
imin
/v
imax
表示节点i电压模值的下限/上限；r
ij
/x
ij
表示线路(i,j)的电阻/电抗。
[0067]
进一步的，线性化约束：
[0068][0069][0070]
其中，表示时间段t移动氢能微电网m在节点i吸收用于制氢的功率。
[0071]
具体的，步骤s2中，目标函数为：
[0072][0073]
其中，t表示所有时间段的集合；n表示配电网所有节点的集合；m表示移动氢能微电网的集合；表示节点i的切负荷成本系数；c
tp
表示移动氢能微电网的运输成本系数；为节点i在时间段t恢复的负荷；为节点i在时间段t的负荷需求；为0-1变量。
[0074]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0075]
本发明一种移动氢能微电网系统，通过分布式制氢、储氢储能、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；与传统固定式微网相比，移动氢能微电网具有更高的空间灵活性，可以按照一定的路由顺序遍历受故障影响的节点，为其提供应急供能服务，从而维持网络故障期间的重要用户供能；与一般移动电源相比，移动氢能微电网具有更大的发电容量和能量储备，因此供电能力更强，可以延缓偏远地区的线路升级，具有经济性；可以提供应急故障电源，提高供电可靠性与韧性。
[0076]
进一步的，在配电网正常运行时，移动氢能微电网还可以利用自身能够电-氢转化的优势，参与电力系统的需求响应，促进可再生能源的消纳。
[0077]
本发明一种移动氢能微电网系统调度方法，提出了移动氢能微电网的概念与结构模型，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；在车辆与配电网协同调度的框架下，提出以停电过程中经济损失最小为目标的移动氢能微电网优化调度模型；基于灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，给定维修人员的路由路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间等信息，考虑每个节点的用电需求以及切负荷成本，得到最优的移动氢能微电网调度方案，能够有效地提高偏远地区配电网的韧性。
[0078]
进一步的，以切负荷成本与移动氢能微电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电网无谓的移动过程，从而使得恢复过程的总成本最小。
[0079]
进一步的，移动氢能微电网优化调度模型的运行约束的设置可以保证调度过程中电力系统的安全性以及调度方案的可行性。
[0080]
进一步的，移动氢能微电网路由约束，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电网路由方案的可行性；移动氢能微电网电力调度约束可以为移动氢能微电网提供运行边界。
[0081]
进一步的，分支状态约束和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。
[0082]
进一步的，节点功率输出约束的设置可以将移动氢能微电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。
[0083]
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。
[0084]
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。
[0085]
进一步的，移动氢能微电网集制氢、储氢、发电的功能于一体，可以通过购电或利用分布式新能源发电等方式制氢，这样就大大降低了对氢供应链的依赖；当发生电力故障时，可以通过路网的运输迅速为故障区域提供电能，相比固定式微网，具有更高的灵活性。
[0086]
综上所述，本发明针对基于电-氢互补的移动应急供能技术，提出基于移动氢能微电网系统概念的调度方法，助力应用氢能新技术实现偏远地区配电网的高可靠与高韧性供电。
[0087]
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
[0088]
图1为移动氢能微电网系统连接示意图；
[0089]
图2为本发明移动氢能微电网系统的构建与调度方法流程图；
[0090]
图3为不同条件下负荷恢复率曲线示意图。
具体实施方式
[0091]
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。
[0092]
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。
[0093]
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。
[0094]
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。
[0095]
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。
[0096]
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)”。
[0097]
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。
[0098]
本发明提供了一种移动氢能微电网系统，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)、便携式的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连接；电解槽的氢气输出口与储氢罐的输入口连接；储氢罐的输出口与燃料电池的氢气输入口连接；燃料电池的电力输出口与配电网总线连接；燃料电池发电过程中产生的热量通过余热回收装置收集，再通过换热器为区域热网提供热量。
[0099]
请参阅图1，移动氢能微电网系统的具体结构特征如下：
[0100]
(1)电解槽由槽体、阳极和阴极组成，能够利用水电解反应产生氢气；电解所需要的水通过进水口进入电解槽；电解产生的氢气通过压缩机压缩后注入储氢罐中。
[0101]
(2)储氢罐是存储气态氢的压力容器，采用高压存储的方式存储氢气，包括必要的安全附件及压力检测、显示仪器等，能够在常温下进行快速的氢气充放，供应氢气于燃料电池。
[0102]
(3)氢能燃料电池是由正负电极、电解质隔膜和集电器组成，能够通过电化学反应将氢气的化学能转化为电能；产生的废水通过排水口排出。
[0103]
(4)余热回收装置由相变储热模块、散热器、循环冷却泵、三通阀、空气泵和加湿器等组成，能够回收燃料电池电化学反应过程中产生的热量。
[0104]
(5)换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，为移动氢能微电网与外部热网进行热交换的枢纽。
[0105]
移动氢能微电网系统的具体运行特定如下：
[0106]
当配电系统处于正常运行状态时，移动氢能微电网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；当配电系统发生故障事件后，移动氢能微电网将离开停靠点，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电网的供热能力。
[0107]
请参阅图2，本发明一种移动氢能微电网系统调度方法，在维修人员的调度方案给定的情况下，辅以配电网重构等方法，优化调度移动氢能微电网，从而降低停电的时间和规
模，即最小化恢复过程中的经济损失。具体包括以下步骤：
[0108]
s1、获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间等信息，按照经验给定维修人员的调度方案；
[0109]
具体包括：维修人员的路由路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间。
[0110]
s2、以恢复过程中的经济损失最小为目标，基于给定的维修方案，辅以配电网重构等手段，建立面向偏远地区高可靠供电的移动氢能微电网优化调度模型；
[0111]
1)目标函数
[0112]
面向偏远地区高可靠供电的移动氢能微电网优化调度方法的目标是停电恢复过程中的经济损失最小。
[0113]
目标函数表示如下：
[0114][0115]
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表示移动氢能微电网的集合；表示节点i的切负荷成本系数；c
tp
表示移动氢能微电网的运输成本系数；为节点i在时间段t恢复的负荷；为节点i在时间段t的负荷需求；为0-1变量，表示移动氢能微网m在时间段t是否在移动。目标函数的含义是使恢复过程中的切负荷成本与移动氢能微电网运输成本之和最小。
[0116]
2)运行约束
[0117]
面向偏远地区高可靠供电的移动氢能微电网优化调度需要满足一系列的运行约束条件：
[0118]
(1)移动氢能微电网路由约束
[0119][0120][0121][0122]
其中，nm表示移动氢能微电网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电网集合；为0-1变量，表示移动氢能微电网m在时间段t是否连接在节点i，如果是，则为1。
[0123]
式(2)允许每个移动氢能微电网在每一个时间段最多连接到某一个应急供能站节点上。
[0124]
式(3)限制了每个时间段连接到每个应急供能站的移动氢能微电网的数量最多为1。
[0125]
式(4)表示在每一个时间段，移动氢能微电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。
[0126]
[0127]
其中，t表示一个调度周期内时间段的数目；tr
m,ij
表示移动氢能微电网m在节点i和j之间的路由时间。
[0128]
由于移动氢能微电网路由和其他决策与约束之间的依赖关系，式(5)来确保移动氢能微电网在不同节点之间的运输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。
[0129]
举例来解释式(5)：
[0130]
如果移动氢能微电网1在节点1和节点2之间运动需要两个时间段，若即移动氢能微电网1在时间段t时连接在节点1，那么(由于从节点1到节点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。
[0131]
(2)移动氢能微电网电力调度约束
[0132]
移动氢能微电网有两种工作模式，电-氢转换(power to hydrogen,p2h)和氢-电转换(hydrogen to power，h2p)。
[0133]
运行约束如下：
[0134][0135][0136][0137][0138][0139][0140][0141][0142]
其中，表示移动氢能微电网m在时间段t制取/消耗氢气的质量速率；移动氢能微电网m在时间段t从电网吸收用于制氢的功率；表示移动氢能微电网m在时间段t发出的功率；表示η
p2h
表示电解槽工作时的电-氢转换效率；η
h2p
表示燃料电池工作时的氢-电转换效率；η表示氢气的热值；loh
m,t
表示移动氢能微电网m在时间段t的氢储量；m
tp
表示移动氢能微电网运动时的耗氢速率；δt表示一个时间段；表示移动氢能微电网m的氢储量下限/上限；表示移动氢能微电网m制氢功率的上限；表示移动氢能微电网m发出功率的上限；为0-1变量，表示移动氢能微电网m在时间段t是否在吸收/发出功率，1代表是，0代表否；gq
m,t
表示移动氢能微电网m在时间段
t发出的无功功率；表示移动氢能微电网m能够发出的无功功率的最大值。
[0143]
式(8)表示移动氢能微电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。
[0144]
式(9)表明了移动氢能微电网储量的上下限。
[0145]
式(10)和(11)约束了p2h和h2p两种模式功率的上下限。
[0146]
式(12)表示移动氢能微电网的p2h模式和h2p模式是互斥的，即如果移动氢能微电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。
[0147]
(3)分支状态约束
[0148][0149][0150]
其中，l为电力系统的线路集合；λ
ij,t
为0-1变量，表示时间段t线路(i,j)是否是闭合的；表示在时间段t断开的(损坏或者未修好)的线路的集合；l
rcs
表示安装了远程控制开关的线路的集合。
[0151]
式(14)表示如果在时间段t线路仍然是损坏的，那么线路是断开的。
[0152]
式(15)表示没有远程控制开关的且未损坏的线路保持闭合状态。
[0153]
(4)配电网重构约束
[0154][0155][0156][0157][0158]
其中，表示在时间段t孤岛的数目；f
ij,t
表示在时间段t线路(i,j)上的虚拟潮流；l
i,t
表示在时间段t节点i的虚拟负荷；g
i,t
表示在时间段t源节点i的虚拟供应；k1是一个足够大的正数。
[0159]
为了保证配电网的辐射状结构，需要满足两个条件：
[0160]
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；
[0161]
2)在每个孤岛中，所有负荷节点都与孤岛中的源节点连通。
[0162]
式(16)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。
[0163]
式(17)和(18)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(19)保证在断开的线路中，虚拟潮流为0。令k1＝n-n
sub
就已经足够大。
[0164]
(5)节点输出功率约束
[0165][0166][0167][0168][0169][0170]
其中，n
sub
表示变电站节点的集合；p
i,t
/q
i,t
表示节点i在时间段t的有功/无功功率输出；p
sub
/q
sub
表示变电站的有功/无功率容量。
[0171]
式(20)和(21)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电网在该节点处的有功和无功功率输出之和。
[0172]
式(22)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。
[0173]
(6)功率平衡约束
[0174][0175][0176][0177][0178][0179][0180]
其中，p
ij,t
/q
ij,t
为线路(i,j)在时间段t的有功/无功功率潮流；为节点i在时间段t的有功/无功需求；为节点i在时间段t恢复的有功/无功负荷；表示线路(i,j)的复功率上限。
[0181]
式(25)和(26)保证了各节点的有功和无功功率平衡。
[0182]
约束(27)指明了恢复负荷的上限。
[0183]
式(28)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。
[0184]
式(29)表明功率因数是固定的。
[0185]
式(30)指明了线路中复功率的上限，并使得断开的线路中功率为0。
[0186]
(7)潮流约束
[0187]
[0188][0189][0190]
其中，v
i,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；v
imin
/v
imax
表示节点i电压模值的下限/上限；r
ij
/x
ij
表示线路(i,j)的电阻/电抗。
[0191]
式(31)和(32)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。
[0192]
式(33)是节点电压安全约束。
[0193]
(8)线性化约束
[0194]
式(20)和(21)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(20)为例，线性化方法如下：
[0195][0196][0197]
其中，代表表示时间段t移动氢能微电网m在节点i吸收用于制氢的功率。移动氢能微电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(30)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。
[0198]
s3、求解步骤s2中的面向偏远地区高可靠供电的移动氢能微电网优化调度模型,得到移动氢能微电网的最优调度方案。
[0199]
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。
[0200]
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。
[0201]
设置了3个移动氢能微电网和5个应急供能站，分别在节点7，14，21，29和33。移动氢能微电网的技术参数如表1所示。
[0202]
表1移动氢能微电网的技术参数
[0203][0204]
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1-2，8-9，9-10，6-17，19-20，24-25，28-29和30-31损坏。设置恢复周期t＝24，δt＝1小时。维修人员的调度方案是给定的，各损坏线路修复的时间如表2所示。
[0205]
表2修复损坏线路的时间
[0206][0207]
通过求解模型(1)-(35)，得到本实施例的移动氢能微电网的优化调度结果如表3所示。
[0208]
表3恢复过程中移动氢能微电网在每个时间段的位置
[0209][0210]
不同条件下每个时间段的负荷恢复率如图3所示。
[0211]
综上所述，本发明一种移动氢能微电网系统及其调度方法，首次引入了“移动氢能微电网”的概念，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。其次，与传统固定式微网相比，移动氢能微电网具有更高的空间灵活性，可以按照一定的路由顺序遍历受故障影响的节点，为其提供应急供能服务，从而维持网络故障期间的重要用户供能；与一般移动电源相比，移动氢能微电网具有更大的发电容量和能量储备，因此供电能力更强。在配电网正常运行时，移动氢能微电网还可以利用自身能够电-氢转化的优势，参与电力系统的需求响应，促进可再生能源的消纳。最后，移动氢能微电网与维修人员以及配网重构的协同优化，可以有效缩短故障恢复时间。本发明提出的移动氢能微电网可以延缓偏远地区的线路升级，具有经济性；可以提供应急故障电源，提高供电可靠性与韧性。
[0212]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
[0213]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0214]
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。
[0215]
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。
[0216]
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。

技术特征：

1.一种移动氢能微电网系统，其特征在于，包括分布式制氢装置，分布式制氢装置设置在车体上，分布式制氢装置通过电力电子装置与配电网总线连接；分布式制氢装置的氢气输出口经压缩机与储氢储能装置入口连接，储氢储能装置出口连接氢能燃料电池的氢气输入口，氢能燃料电池的电力输出口与配电网总线连接；氢能燃料电池经余热回收装置连接换热器，用于收集氢能燃料电池发电过程中产生的热量，并通过换热器为区域热网提供热量。2.根据权利要求1所述的移动氢能微电网系统，其特征在于，当配电系统处于正常运行状态时，移动氢能微电网布置在装有电力电子接口的配网节点处，通过购电或利用分布式新能源发电制氢并储存；当配电系统发生故障事件后，移动氢能微电网利用一部分氢储量驱动车体移动，剩余部分氢储量通过燃料电池实现紧急供能。3.一种如权利要求1或2所述移动氢能微电网系统的调度方法，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，给定维修人员的路由路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间；s2、以恢复过程中的经济损失最小为目标建立目标函数，基于步骤s1给定的路由路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间，建立移动氢能微电网优化调度模型；s3、求解步骤s2的移动氢能微电网优化调度模型，得到移动氢能微电网的最优调度方案。4.根据权利要求3所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，步骤s2中，移动氢能微电网优化调度模型的运行约束包括：移动氢能微电网路由约束：允许每个移动氢能微电网在每一个时间段最多连接到某一个应急供能站节点上；限制每个时间段连接到每个应急供能站的移动氢能微电网的数量小于等于1；在每一个时间段，移动氢能微电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；移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网的氢储量随时间的变化；约束电转氢和氢转电模式功率的上下限；移动氢能微电网的电转氢模式和氢转电模式互斥的，即如果移动氢能微电网的电解槽与处于工作状态，燃料电池必然处于停机状态；分支状态约束：如果在时间段t线路仍然是损坏的，线路断开；没有远程控制开关的且未损坏的线路保持闭合状态；配电网重构约束：在每个孤岛中，将一个节点作为虚拟源节点，剩余节点作为虚拟负荷节点，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，所有虚拟负荷节点的虚拟负荷均设为1；在断开的线路中，虚拟潮流为0；节点输出功率约束：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电网在该节点处的有功和无功功率输出之和；如果不是应急供能站或者变电站节点，对应节点输出的有功和无功功率均为0；功率平衡约束：使各节点的有功和无功功率平衡；确定恢复负荷的上限；负荷的恢复率保持不变或不断增加直到完全恢复；固定功率因数；确定线路中复功率的上限，同时确定断开的线路中功率为0；潮流约束：基于distflow模型的潮流方程，使用一个正数松弛约束未连接的线路；
线性化约束：用一个新的变量替代两个变量的乘积进行线性化。5.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，移动氢能微电网路由约束：路由约束：路由约束：路由约束：其中，n
m
表示移动氢能微电网m可以连接的节点集合；m
i
表示节点i能够连接的移动氢能微电网集合；为0-1变量，表示移动氢能微电网m在时间段t是否连接在节点i；为0-1变量；t表示一个调度周期内时间段的集合；tr
m,ij
表示移动氢能微电网m在节点i和j之间的路由时间；移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：移动氢能微电网电力调度约束：其中，表示移动氢能微电网m在时间段t制取/消耗氢气的质量速率；移动氢能微电网m在时间段t从电网吸收用于制氢的功率；表示移动氢能微电网m在时间段t发出的功率；表示η
p2h
表示电解槽工作时的电-氢转换效率；η
h2p
表示燃料电池工作时的氢-电转换效率；η表示氢气的热值；loh
m,t
表示移动氢能微电网m在时间段t的氢储量；m
tp
表示移动氢能微电网运动时的耗氢速率；δt表示一个时间段；表示移动氢能微电网m的氢储量下限/上限；表示移动氢能微电网m制氢功率的上限；表示移动氢能微电网m发出功率的上限；为0-1变量；gq
m,t
表示移动氢能微电网m在
时间段t发出的无功功率；表示移动氢能微电网m能够发出的无功功率的最大值。6.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，分支状态约束：6.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，分支状态约束：其中，l为电力系统的线路集合；λ
ij,t
为0-1变量，表示在时间段t断开的线路集合，l
rcs
表示安装了远程控制开关的线路的集合；配电网重构约束：配电网重构约束：配电网重构约束：配电网重构约束：其中，表示在时间段t孤岛的数目；f
ij,t
表示在时间段t线路(i,j)上的虚拟潮流；l
i,t
表示在时间段t节点i的虚拟负荷；g
i,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。7.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，节点输出功率约束：束：束：束：束：其中，n sub
表示变电站节点的集合；p
i,t
/q
i,t
表示节点i在时间段t的有功/无功功率输出；p
sub
/q
sub
表示变电站的有功/无功率容量；功率平衡约束：功率平衡约束：
其中，p
ij,t
/q
ij,t
为线路(i,j)在时间段t的有功/无功功率潮流；为节点i在时间段t的有功/无功需求；为节点i在时间段t恢复的有功/无功负荷；表示线路(i,j)的复功率上限。8.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，潮流约束：8.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，潮流约束：8.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，潮流约束：其中，v
i,t
表示在时间段t节点i的电压模值的平方；k2表示足够大的正数；v
imin
/v
imax
表示节点i电压模值的下限/上限；r
ij
/x
ij
表示线路(i,j)的电阻/电抗。9.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，线性化约束：9.根据权利要求4所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，线性化约束：其中，表示时间段t移动氢能微电网m在节点i吸收用于制氢的功率。10.根据权利要求3所述的移动氢能微电网系统调度方法，其特征在于，步骤s2中，目标函数为：其中，t表示所有时间段的集合；n表示配电网所有节点的集合；m表示移动氢能微电网的集合；表示节点i的切负荷成本系数；c
tp
表示移动氢能微电网的运输成本系数；为节点i在时间段t恢复的负荷；为节点i在时间段t的负荷需求；为0-1变量。

技术总结

本发明公开了一种移动氢能微电网系统及其调度方法，获取灾害发生后损坏的线路和车辆路由时间信息，给定维修人员的路由路线、路由时间以及每个故障预计需要的维修时间；以恢复过程中的经济损失最小为目标建立目标函数，基于给定的路由路线、路由时间以及每个故障需要的维修时间，建立移动氢能微电网优化调度模型；求解移动氢能微电网优化调度模型，得到移动氢能微电网的最优调度方案。本发明延缓线路升级，且能够降低在偏远地区投资建设氢电转化设备的成本，提高了在偏远地区应用氢能的经济可行性，从而提升偏远地区配电网供电的可靠性与韧性。与韧性。与韧性。