[發(fā)明專利]一種電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210570802.0
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN114861454A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉艷麗;劉珂
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 韓帥

1.一種電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測方法，所述方法是考慮交叉路口信號(hào)燈等導(dǎo)致的時(shí)間延誤對電動(dòng)汽車出行路線影響的充電負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測模型，其特征在于，所述預(yù)測模型采用如下步驟：

步驟(1)應(yīng)用Synchro軟件輔助建立交通仿真模塊及信息初始化；

步驟(2)獲取預(yù)測區(qū)域用戶出行參數(shù)；

步驟(3)通過預(yù)測區(qū)域電動(dòng)汽車出行及充電行為建立時(shí)空信息預(yù)測單元；

步驟(4)根據(jù)時(shí)空信息預(yù)測結(jié)果對配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)計(jì)算生成充電功率矩陣；其中：

所述步驟(3)中時(shí)空信息預(yù)測單元完成預(yù)測區(qū)域電動(dòng)汽車充電負(fù)荷過程：對

各電動(dòng)汽車用戶，基于改進(jìn)的考慮轉(zhuǎn)向延誤的Dijkstra最短路算法，依次計(jì)算其出行計(jì)劃中每組起始地目的地對的最短出行路徑、行駛時(shí)間及消耗電量；

當(dāng)起始地剩余電量不足以到達(dá)目的地時(shí)，基于最短路算法搜索得到離起始地最近的快充站，并得到最短出行路徑、行駛時(shí)間及消耗電量；

若起始地剩余電量甚至不足以支撐其到達(dá)最近的快充站時(shí)，在到達(dá)起始地時(shí)就地慢充，計(jì)算慢充信息并更新離開時(shí)間及剩余電量；再前往快充站，計(jì)算到達(dá)快充站的時(shí)間及剩余電量；在快充站結(jié)束充電后，計(jì)算快充信息及離開快充站的時(shí)間和剩余電量；再采用最短路算法得到從快充站前往目的地的最短路徑、行駛時(shí)間及消耗電量；計(jì)算到達(dá)目的地的時(shí)間及剩余電量；

若該電動(dòng)汽車用戶出行沒有結(jié)束，則計(jì)算離開下一個(gè)起始地的時(shí)間及剩余電量，繼續(xù)對下一個(gè)出行起始地目的地對進(jìn)行計(jì)算，直至用戶出行結(jié)束，則統(tǒng)計(jì)該用戶的充電負(fù)荷時(shí)空分布信息；然后對下一個(gè)電動(dòng)汽車用戶進(jìn)行計(jì)算，直至區(qū)域內(nèi)所有電動(dòng)汽車用戶均計(jì)算完畢為止。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟(3)中時(shí)空信息預(yù)測單元在處理器中執(zhí)行如下指令：

3.1初始化電動(dòng)汽車序號(hào)e＝1；

3.2讀取第e輛電動(dòng)汽車的出行參數(shù)；

3.3初始化第e輛電動(dòng)汽車的出行起始地目的地對序號(hào)m＝1；

3.4計(jì)算第m組起始地目的地的出行路徑、行駛時(shí)間、消耗電量；

3.4.1起始地目的地間行駛時(shí)間計(jì)算

設(shè)第m組OD對的行駛路徑網(wǎng)絡(luò)為其中為途徑節(jié)點(diǎn)有序集合，為途徑路段有序集合。而對于每一個(gè)途徑路段其路段行駛時(shí)間為其中t為行駛到該路段的時(shí)刻；途徑節(jié)點(diǎn)處的交叉口延誤為其中有序集合t為行駛到該節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻；則用戶在第m組OD對間的行駛時(shí)間為：

式中，t′，t″分別為到達(dá)各路段、節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻；

3.4.2基于改進(jìn)的考慮轉(zhuǎn)向延誤的Dijkstra最短路算法實(shí)現(xiàn)用戶路徑選擇通過轉(zhuǎn)向延誤的Dijkstra最短路算法求解用戶的最短行駛路徑網(wǎng)絡(luò)及最短行駛時(shí)間

3.4.2.1設(shè)定用戶路徑選擇目標(biāo)

在起始地o_m和目的地d_m之間通常存在多條可選路徑。本發(fā)明假設(shè)用戶在選取路徑時(shí)，以總出行時(shí)間最短作為目標(biāo)：

3.4.2.2路網(wǎng)及起始地目的地信息輸入

輸入計(jì)算時(shí)刻t，路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)n；路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)集合V；路網(wǎng)路段權(quán)值矩陣R(t)＝{r_ij(t)}_n×n，路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向權(quán)值矩陣N_k(t)＝{n_k,ij(t)}_n×n,k＝1,2,3,......,n；起始節(jié)點(diǎn)序號(hào)o_m；目的節(jié)點(diǎn)序號(hào)d_m；

3.4.2.3初始化起始節(jié)點(diǎn)o_m到各節(jié)點(diǎn)的最短行駛時(shí)間矩陣

3.4.2.4初始化節(jié)點(diǎn)訪問狀態(tài)變量矩陣visit←{1}_1×n，visit(o_m)←0；

3.4.2.5初始化節(jié)點(diǎn)的前途徑節(jié)點(diǎn)矩陣parent←{0}_1×n；

3.4.2.6確定visit(i)為1的節(jié)點(diǎn)中最小的節(jié)點(diǎn)i

3.4.2.7 visit(i)←0

3.4.2.8若parent(i)＝0，a←o_m；否則a←parent(i)

3.4.2.9若則且parent(j)←i

3.4.2.10若所有節(jié)點(diǎn)都已訪問即visit＝{0}_1×n，則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算，否則返回0

3.4.2.11根據(jù)parent，o_m和d_m倒推可得到最短路徑途徑節(jié)點(diǎn)有序集合最短路徑途徑路段有序集合o_md_m間的最短行駛路徑網(wǎng)絡(luò)

3.4.2.12根據(jù)和d_m可得到o_m到d_m的最短行駛時(shí)間

3.4.3計(jì)算起始地目的地間消耗電量SOC

令電動(dòng)汽車消耗的電量主要取決于其單位里程能耗及行駛里程；電動(dòng)汽車在第m組起始地目的地對間行駛消耗的百分比電量可根據(jù)如下公式計(jì)算：

式中，w(t)＝f(x_ij(t)/C_ij,tem)為電動(dòng)汽車t時(shí)刻在路段(i,j)上行駛時(shí)的單位里程能耗(kW·h/km)，其主要受路段的交通狀況x_ij(t)/C_ij和溫度tem的影響；

3.5判斷為完成此次出行，是否需要先前往最近快充站f充電

依據(jù)電動(dòng)汽車未充電情況下離開起始地o_m時(shí)的電量狀態(tài)及下一旅程的行駛電量需求判斷是否需要在前往下一個(gè)目的地前先前往距離o_m最近的快充站f(f∈F)充電，即其前往快充站充電的條件如下式所示：

式中，SOC_FC為結(jié)合用戶里程焦慮及電池安全選取的快充百分比電量閾值；若滿足快充條件則繼續(xù)，否則直接前往0

3.6依據(jù)0，確定離起始地o_m最近的快充站節(jié)點(diǎn)f，并令目的地為f，計(jì)算得到o_m到f的最短出行路徑、行駛時(shí)間、消耗電量

3.7判斷起始地o_m剩余電量是否能夠到達(dá)最近快充站f

若電動(dòng)汽車用戶在離開起始地o_m時(shí)的電量狀態(tài)不足以支撐其到達(dá)最近的快充站f，即不滿足下式則繼續(xù)，否則直接前往0；

3.8為確保出行，電動(dòng)汽車用戶需要在到達(dá)目的地d_m-1時(shí)先就地慢充，需計(jì)算慢充信息并更新起始地o_m離開時(shí)間和剩余電量

考慮電池安全，用戶在目的地d_m-1的慢充時(shí)間滿足：

式中，Δt_min、Δt_max分別為目的地d_m-1處最小和最大慢充時(shí)間(h)。

m≠1時(shí)，將受到用戶在目的地d_m-1處的停留時(shí)間的限制:

當(dāng)時(shí)，為保證慢充時(shí)長，將停留時(shí)間延長，令并更新離開時(shí)間

慢充結(jié)束后，慢充結(jié)束時(shí)間慢充百分比電量慢充后離開目的地o_m的電量狀態(tài)可根據(jù)下式計(jì)算。

m＝1時(shí)，同樣根據(jù)上式計(jì)算得到除此以外，離開o₁的時(shí)間

3.9計(jì)算到達(dá)最近快充站f的時(shí)間及剩余電量；

3.9.1計(jì)算到達(dá)最近快充站f的時(shí)間

用戶到達(dá)目的地d_m的時(shí)間為：

式中，為離開起始地o_m的時(shí)間；特別地，對于d₀，為便于計(jì)算設(shè)當(dāng)目的地為最近快充站時(shí)，d_m＝f；

步驟3.9.2計(jì)算到達(dá)最近快充站f的剩余電量

用戶到達(dá)目的地d_m時(shí)的剩余電量狀態(tài)為：

式中，為EV離開起始地o_m時(shí)的電量狀態(tài)；對于d₀，為便于計(jì)算設(shè)當(dāng)目的地為最近快充站時(shí)，d_m＝f；

3.10計(jì)算快充信息及離開快充站的時(shí)間剩余電量

在快充站進(jìn)行快充時(shí)，為確保電池安全，假設(shè)用戶將電動(dòng)汽車電量充至80％后便離開，即則用戶的充電時(shí)長及離開充電站的時(shí)間可根據(jù)下式計(jì)算：

式中，為在f處快充百分比電量；為到達(dá)快充站節(jié)點(diǎn)f時(shí)的電量狀態(tài)；為到達(dá)快充站的時(shí)刻。

3.11依據(jù)0，令起始地為f，計(jì)算f到目的地d_m的最短出行路徑、行駛時(shí)間、消耗電量

3.12依據(jù)0，計(jì)算到達(dá)目的地d_m的時(shí)間及剩余電量

3.13判斷第e輛電動(dòng)汽車的出行是否結(jié)束，若結(jié)束，即m＝M，則前往0；否則，令m＝m+1，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟；

3.14計(jì)算離開起始地o_m的時(shí)間及剩余電量

3.14.1計(jì)算離開起始地o_m的時(shí)間

電動(dòng)汽車用戶離開起始地o_m的時(shí)間可根據(jù)下式計(jì)算。

式中，W為路網(wǎng)工作區(qū)節(jié)點(diǎn)集合；為離開工作節(jié)點(diǎn)o_m的時(shí)間，符合上第二式所示的正態(tài)分布，其中μ₂＝17.5，σ₂＝0.5；為在非工作目的地d_m-1的停留時(shí)間，符合上第三式所示的正態(tài)分布，其中μ₃＝1.5，σ₃＝0.5；而在o_m∈W時(shí)，用戶在工作目的地d_m-1的停留時(shí)間計(jì)算離開起始地o_m時(shí)的剩余電量

不考慮用戶在目的地d_m-1處的充電行為時(shí)，用戶離開起始地o_m的電量狀態(tài)為：

3.14.3返回再次執(zhí)行0

3.15依據(jù)快慢充信息，統(tǒng)計(jì)第e輛電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷時(shí)空分布特性

3.16判斷是否對區(qū)域內(nèi)所有電動(dòng)汽車用戶進(jìn)行了計(jì)算，若是，即e＝E，則繼續(xù)；否則，令e＝e+1，返回再次執(zhí)行0。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟(4)根據(jù)時(shí)空信息預(yù)測結(jié)果對配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)計(jì)算生成充電功率矩陣過程：

以15分鐘為步長，將配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)24小時(shí)的充電負(fù)荷P^k(t),k＝1,2,3,......,n存儲(chǔ)為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)充電功率矩陣L；當(dāng)滿足如下條件之一時(shí)，輸出計(jì)算結(jié)果，整體計(jì)算結(jié)束；否則，令N＝N+1，返回再次執(zhí)行0

1)達(dá)到蒙特卡洛仿真的最大次數(shù)；

2)下式的條件得到滿足。

式中，max表示求取矩陣元素的最大值；L_i表示第i次蒙特卡洛仿真后存儲(chǔ)的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)充電功率矩陣；N是蒙特卡洛仿真次數(shù)；ε是仿真的收斂精度。