祝贺课题组港口多能微网方向文章发表在中国电机工程学报。

论文主要作者甘铭为武汉理工大学2016级本科生，2019年12月底考研后加入智慧电力与双碳实验室就读硕士研究生。连续3年获得一等奖学金，荣获校三好研究生等荣誉称号。参与中国研究生电子设计竞赛获省级一等奖，参与中国高校计算机大赛网络技术挑战赛获国家级三等奖。研究生期间发表/录用中国电机工程学报、CSEE Journal of Power and Energy Systems、IEEE PES General Meeting等多篇高水平论文。因其优异的表现，于2022年度荣获教育部颁发国家奖学金。

原文发表信息：侯慧, 甘铭, 吴细秀, 等. 考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度[J/OL]. 中国电机工程学报.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.223327

摘要：为有效应对海上风电固有的间歇及波动性给港口多能微网带来的不确定性风险，提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。首先，结合Wasserstein距离实现风电出力概率分布模糊集的精确刻画，并通过非参数核密度估计拟合海上风电预测误差概率分布，获得不同置信水平下风电出力区间及场景。其次，分析氢能船舶、汽车等移动氢能存储资源对间歇性风电出力的能源存储潜力，并结合用能心理、交通属性差异，将两者分别建模为激励型、价格型需求响应，实现港口移动氢能存储灵活性资源的高效聚合。再次，针对含移动氢能存储的港口多能微网，构建基于概率分布模糊集的日前-日内两阶段分布鲁棒优化调度模型，并运用线性决策规则与强对偶理论将其转换为混合整数线性规划模型求解。最后，基于海上风电实测数据进行仿真验证。结果证明，移动氢能存储可显著提升港口多能微网的低碳灵活性，所提模型在兼顾港口多能微网经济性的同时，可进一步保证风电不确定性风险下的鲁棒性。

研究背景

港口在承担着全球80%以上运输任务的同时，排放着全球3~5%的CO₂、14~15%的NO_x及SO_x，给全球环境造成不利影响，这促使港口电气化，并采用海上风电清洁能源逐步代替化石能源。但支撑海上风电的大规模消纳、平价上网等需消耗港口大量灵活性资源，同时海上风电固有的间歇及波动性会给港口能源系统运行可靠性带来极大挑战，如何在高效挖掘、整合港口灵活性资源的基础上，考虑海上风电不确定性，进行港口能源系统优化调度、提高系统抗风险能力成为亟待解决的关键问题。

主要贡献

• 针对移动氢能存储高效建模的缺乏，结合用能心理、交通属性提出氢能船舶、汽车移动氢能存储模型，为含高比例海上风电的港口MEMG调度提供低碳灵活性；

• 针对鲁棒优化相对保守、随机优化抗风险能力差等问题，提出预调度-再调度日前日内两阶段联合运行的分布鲁棒优化模型，提供海上风电不确定性风险下兼顾经济性及鲁棒性的调度方案；

• 针对区间、场景单独表征不确定统计信息的不全面，基于Wasserstein距离构建综合考虑区间、场景信息的概率分布模糊集，实现风电不确定性精确刻画。

主要内容

港口MEMG的结构如图1所示，其中能源输入层包含主电网、海上风电、主气网等，能源转换与存储层包含电制冷机、吸收式制冷机、燃气轮机、燃气锅炉、储热罐、储氢罐、电解槽、氢能船舶、氢能汽车等，能源输出层包含冷热电负荷等。

图1  含氢能移动存储的港口MEMG

本文提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网(multi-energy microgrid，MEMG)两阶段分布鲁棒优化调度模型，解决了海上风电不确定性风险下港口能源系统低碳灵活性缺乏、经济性与鲁棒性难以兼顾等问题。

首先，基于海上风电预测误差数据，通过Wasserstein距离、核密度估计得到风电出力概率分布模糊集；然后，挖掘耦合港口能源侧-交通侧的氢能船舶、汽车能源存储潜力，综合考虑用能心理、交通属性，建立移动氢能存储的激励型、价格型需求响应模型；此基础上，提出港口MEMG两阶段分布鲁棒优化调度模型，并结合线性决策规则与强对偶理论进行转换求解；最后，通过算例定量分析移动氢能存储在促进风电消纳、提升港口低碳灵活性方面的可行性，验证所提模型在提升随机优化抗风险、克服鲁棒优化保守性等方面的优势。

分布鲁棒优化调度对比分析

分布鲁棒优化与确定性优化、随机优化及鲁棒优化的对比结果如图2所示。随机优化、分布鲁棒优化及鲁棒优化均为两阶段，确定性优化为不考虑日内再调度的单阶段，因此其再调度成本为0。

图2  不同优化方法调度结果

分布鲁棒优化调度灵敏度分析

分布鲁棒优化作为融合随机优化及鲁棒优化的不确定优化方法，其Wasserstein模糊集的Wasserstein球半径参数决定了分布鲁棒优化是偏向于风险中性的随机优化，还是偏向于风险规避的鲁棒优化。为验证Wasserstein球半径对决策风险偏好的影响，改变Wasserstein球半径获得对应的预调度成本进行仿真分析，仿真结果如图3所示。

图3 预调度成本与Wasserstein球半径的关系

为进一步定量分析，本文在同一场景数下抽取10组场景进行仿真分析，不同场景数下的预调度成本及其计算时间如图4所示。

图4 预调度成本、计算时间与场景数的关系

移动氢能存储应用效能分析

为验证氢能汽车移动氢能存储应用效能，将其与抵达后立即加氢的无序加氢、基于分时加氢价格的有序加氢进行对比，结果如图5所示。其中，移动氢能存储的调度成本相比于无序加氢降低了7.66%，相比于有序加氢本降低了4.30%，这表明相比于仅考虑加氢，综合考虑氢能汽车的加氢、放电实现氢能存储能有效降低港口MEMG的调度成本。

结论

为有效应对海上风电的间歇及波动性给港口MEMG带来的不确定性风险，本文将Wasserstein模糊集、移动氢能存储与分布鲁棒优化有机融合，提出一种考虑移动氢能存储的港口MEMG两阶段分布鲁棒优化调度模型。并基于海上风电实测数据进行仿真验证，得到如下结论：

1)基于Wasserstein模糊集刻画风电不确定性、预调度-再调度日前日内两阶段联合运行进行分布鲁棒优化调度，能够提升随机优化抗风险能力、克服鲁棒优化保守性，为港口MEMG提供海上风电不确定性风险下兼顾经济性及鲁棒性的调度方案。

2)在风险中性、风险规避2种港口MEMG决策者风险偏好下，分布鲁棒优化能通过灵活调节Wasserstein球半径来合理权衡调度方案的经济性与鲁棒性，并同时具备随机优化根据历史预测误差数据反映预期风险的特性、鲁棒优化的强鲁棒性。

3)考虑车主心理、船舶泊位实现移动氢能存储灵活性资源高效聚合更符合实际，同时耦合港口能源侧-交通侧的氢能船舶、汽车具备能源存储潜力，能为港口MEMG应对海上风电不确定性提供低碳灵活性资源，有效提升调度经济性。

论文作者及科研团队介绍

侯慧，博士，副教授，博导，武汉理工大学新能源与电力系书记，中国电力教育协会电气工程教学委员会委员，IEEE高级会员，中国电工技术学会高级会员，中国电机工程学会高级会员。在研国家重点研发计划子题1项，国家自然科学基金面上项目1项，曾获中国电力科技创新奖一等奖1项，电力建设科学技术进步奖二等奖1项，广东省科技进步二等奖1项等。

甘铭，硕士研究生，主要研究方向为港口多能微电网规划云讯过及其不确定性调度等。

吴细秀，博士，副教授，能源与动力工程专业博导。长期从事高电压与绝缘等方面的工作，主持国家自然科学基金项目1项，国家重点实验室开放基金2项，国家电网、南方电网科研项目20余项。在国内外核心期刊和重要国际会议上发表论文50余篇，申请专利近20项。

智慧电力创研团队目前拥有教授1人，副教授4人，研究生百余人，承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金、国家重点实验室开放基金等纵向项目数十项，南网及国网等科技项目40余项。团队长期致力于能源互联网、电力系统风险评估、继电保护、电气设备智能监测等领域的科研攻关、支撑服务及标准制修订，服务国家可持续发展以及碳达峰、碳中和等重大战略需求。