[發(fā)明專利]一種電動公交車充換電站優(yōu)化運行方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810092222.9
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108407633B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 楊健維;楊鶴;茍方杰;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B60L53/80
• 分類號: B60L53/80;B60L53/00
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

1.一種電動公交車充換電站優(yōu)化運行方法，其特征在于，包括步驟

A、輸入已知變量，電動公交車相關參數，包括：電池組容量C_B，車輛行駛單位耗電量C_E，電池組最小荷電狀態(tài)SOC_min；電動公交車充換電站相關參數，包括：站內充電樁數量N_cha，其最大、最小充電功率分別為P_max、P_min，充電效率η_cha，備用電池組數量，充換電站服務公交線路數量K，其中，線路k長度D_k，車輛數量M_k，k＝1,2,…K；充換電站采用專供變壓器，變壓器容量T_trans的功率因數為cosθ；發(fā)車時刻表，單程行駛時間統(tǒng)計表，分時電價表；

B、基于單程行駛時間統(tǒng)計數據，采用蒙特卡洛法模擬單日不同發(fā)車時刻對應的車輛單程運行時間；

C、建立基于換電規(guī)則的車輛換電需求和電池組充電需求模型，得到各車輛需要換上電池時刻、各換下電池組的可充電起始時刻、充電電量；

所述建立基于換電規(guī)則的車輛換電需求和電池組充電需求模型的方法為：

C1、假設充換電站內服務K條公交線路的充換電服務；電動公交車按照隊列發(fā)車，遵循先入先出的原則；結合第k條公交線路的車輛數量M_k、發(fā)車時刻表與單程行駛時間統(tǒng)計數據，構造第k條公交線路的發(fā)車時刻矩陣行駛時間矩陣與到站時刻矩陣

其中：分別表示站內第k條公交線路中第m輛公交車在第n次運行的發(fā)車時刻、單程運行時間、到站時刻；N_k表示第k條線路單輛電動公交車單日最大發(fā)車次數；

C2、基于換電規(guī)則，構造換電規(guī)則0-1矩陣X^k：

其中：為充換電站內第k條線路中第m輛公交車在第n次發(fā)車時的換電狀態(tài)：表示發(fā)車時需要換上電池，表示無需換電；

C3、得到充換電站內第k條公交線路上車輛換上電池組需求時刻矩陣SWI^k：

其中：表示矩陣對應元素相乘運算；

C4、將各條線路的電池組需求時刻矩陣SWI^k中非0元素提取出來并按照由小到大排列，得到車輛換電需求向量SWI；

C5、得到充換電站內第k條公交線路上車輛換下電池組需求時刻矩陣CHAT^k：

其中：Y^k由X^k元素整體向左平移一個單位得到；

C6、將各條線路的車輛換下電池組需求時刻矩陣CHAT^k中非0元素提取出來并按照由小到大排列，得到電池組充電需求向量CHAT；

D、采用車輛和電池組匹配關系模型，得到針對第i個車輛換電需求所匹配電池組的可充電起始時刻t_start,i、充電結束時刻t_end,i、與充電電量E_need,i，其中充電電量E_need,i由下式計算得到：

E_need,i＝(1-SOC_i)C_B，i＝1,2,…M (7)

其中：SOC_i為第i個車輛換電需求所匹配電池組起始荷電狀態(tài)；C_B為電池組容量；M為單日車輛換電需求數量；

E、建立電動公交車充換電站內電池組充電功率上層優(yōu)化模型：

目標函數：電動公交車充換電站單日充電費用f₁最小，其計算公式為：

其中：N為單日劃分時段數；c_t為t時段電價；Δt為單個時段的時長；p_i,t為第i個車輛換電需求所匹配電池組在t時刻充電功率；

約束條件1：在可充電時段內可處于充電狀態(tài)，其余時段不可充電：

其中：e_i,t表示第i個車輛換電需求所匹配電池組在t時刻的充電狀態(tài)，e_i,t＝1表示處于充電狀態(tài)，e_i,t＝0表示處于非充電狀態(tài)；

約束條件2：同時處于充電狀態(tài)的電池組數量不超出站內充電樁數量N_cha：

約束條件3：充電樁充電功率約束：

e_i,tP_min≤p_i,t≤e_i,tP_max (11)

約束條件4：保證電池組充電達到目標電量：

約束條件5：電動公交車充換電站變壓器容量約束：

約束條件6：充電連續(xù)性約束，引入中間變量w_i,j、v_i,j，令

則相應的約束條件為：

F、采用粒子群算法，以換電規(guī)則0-1矩陣為基本粒子，以單日充電成本f₁作為適應度函數，迭代優(yōu)化求解得到電動公交車充換電站最優(yōu)換電規(guī)則與單日最小充電成本C_charge；

G、建立電動公交車充換電站內電池組充電功率下層優(yōu)化模型：

目標函數：在求解得到充換電站單日最小充電成本C_charge的基礎上，以充電負荷波動f₂最小為目標，其計算公式為：

約束條件：在約束條件3、4、5的基礎上，加入充電成本最小的約束：

H、優(yōu)化求解電動公交車充換電站內電池組充電功率下層優(yōu)化模型，得到電動公交車充換電站單日最優(yōu)充電方案。

2.根據權利要求1所述的一種電動公交車充換電站優(yōu)化運行方法，其特征在于，所述步驟D中，車輛和電池組匹配關系模型的建立方法為：

D1、建立電池組評價指標：

指標1：充電調度裕度指標：

為保證電池組在可充電時段內有足夠的裕度進行充電調度，針對第i個車輛換電需求，第j個電池組的充電調度裕度指標為：

其中，t_on,i為第i個車輛換電需求時刻；t_off,j、t_min,j分別為第j個電池組卸下時刻與充電達到目標電量所需的最短時間；P_max為充電樁最大充電功率；η_cha為充電效率；

指標2：充電經濟性指標：為了保證電池組充電的經濟性，以平均充電成本作為經濟性指標：

其中，表示針對第i個車輛換電需求，第j個電池組可充電時段的平均電價；c_t為t時段電價；

指標3：電池組使用均衡度指標：為避免電池組不均衡使用，導致部分電池組性能急劇下降，提出電池組使用均衡度指標

其中，N_battery,j表示第j個電池組當日充電次數；表示指標1大于1的電池組數量；

D2、針對第i個車輛換電需求，計算各個電池組的指標1大小：若指標1大于1，則進行指標2、3的計算；若指標1小于1，則無需計算指標2、3；

D3、針對第i個車輛換電需求，采用熵權法計算各個指標的權重ω大小，并按下式計算各個電池組綜合指標V：

V_i,j＝ω_i,1g_i,j,1+ω_i,2g_i,j,2+ω_i,3g_i,j,3 (23)

其中，針對第i個換電需求：V_i,j表示第j個電池組的綜合指標；g_i,j,p表示在第p個指標下第j個電池組的特征比重；ω_i,p表示第p個指標的權重大小，p＝1,2,3；

D4、在指標1大于1的電池組中篩選出綜合指標最大的電池組以匹配第i個車輛換電需求；

D5、在車輛換電需求向量SWI與電池組充電需求向量CHAT中剔除所對應元素；

D6、重復步驟D1—D5，直至車輛換電需求向量SWI與電池組充電需求向量CHAT為空集，完成匹配。