[发明专利]一种电动公交车充换电站优化运行方法

权利要求书

1.一种电动公交车充换电站优化运行方法，其特征在于，包括步骤

A、输入已知变量，电动公交车相关参数，包括：电池组容量C_B，车辆行驶单位耗电量C_E，电池组最小荷电状态SOC_min；电动公交车充换电站相关参数，包括：站内充电桩数量N_cha，其最大、最小充电功率分别为P_max、P_min，充电效率η_cha，备用电池组数量，充换电站服务公交线路数量K，其中，线路k长度D_k，车辆数量M_k，k＝1,2,…K；充换电站采用专供变压器，变压器容量T_trans的功率因数为cosθ；发车时刻表，单程行驶时间统计表，分时电价表；

B、基于单程行驶时间统计数据，采用蒙特卡洛法模拟单日不同发车时刻对应的车辆单程运行时间；

C、建立基于换电规则的车辆换电需求和电池组充电需求模型，得到各车辆需要换上电池时刻、各换下电池组的可充电起始时刻、充电电量；

所述建立基于换电规则的车辆换电需求和电池组充电需求模型的方法为：

C1、假设充换电站内服务K条公交线路的充换电服务；电动公交车按照队列发车，遵循先入先出的原则；结合第k条公交线路的车辆数量M_k、发车时刻表与单程行驶时间统计数据，构造第k条公交线路的发车时刻矩阵行驶时间矩阵与到站时刻矩阵

其中：分别表示站内第k条公交线路中第m辆公交车在第n次运行的发车时刻、单程运行时间、到站时刻；N_k表示第k条线路单辆电动公交车单日最大发车次数；

C2、基于换电规则，构造换电规则0-1矩阵X^k：

其中：为充换电站内第k条线路中第m辆公交车在第n次发车时的换电状态：表示发车时需要换上电池，表示无需换电；

C3、得到充换电站内第k条公交线路上车辆换上电池组需求时刻矩阵SWI^k：

其中：表示矩阵对应元素相乘运算；

C4、将各条线路的电池组需求时刻矩阵SWI^k中非0元素提取出来并按照由小到大排列，得到车辆换电需求向量SWI；

C5、得到充换电站内第k条公交线路上车辆换下电池组需求时刻矩阵CHAT^k：

其中：Y^k由X^k元素整体向左平移一个单位得到；

C6、将各条线路的车辆换下电池组需求时刻矩阵CHAT^k中非0元素提取出来并按照由小到大排列，得到电池组充电需求向量CHAT；

D、采用车辆和电池组匹配关系模型，得到针对第i个车辆换电需求所匹配电池组的可充电起始时刻t_start,i、充电结束时刻t_end,i、与充电电量E_need,i，其中充电电量E_need,i由下式计算得到：

E_need,i＝(1-SOC_i)C_B，i＝1,2,…M (7)

其中：SOC_i为第i个车辆换电需求所匹配电池组起始荷电状态；C_B为电池组容量；M为单日车辆换电需求数量；

E、建立电动公交车充换电站内电池组充电功率上层优化模型：

目标函数：电动公交车充换电站单日充电费用f₁最小，其计算公式为：

其中：N为单日划分时段数；c_t为t时段电价；Δt为单个时段的时长；p_i,t为第i个车辆换电需求所匹配电池组在t时刻充电功率；

约束条件1：在可充电时段内可处于充电状态，其余时段不可充电：

其中：e_i,t表示第i个车辆换电需求所匹配电池组在t时刻的充电状态，e_i,t＝1表示处于充电状态，e_i,t＝0表示处于非充电状态；

约束条件2：同时处于充电状态的电池组数量不超出站内充电桩数量N_cha：

约束条件3：充电桩充电功率约束：

e_i,tP_min≤p_i,t≤e_i,tP_max (11)

约束条件4：保证电池组充电达到目标电量：

约束条件5：电动公交车充换电站变压器容量约束：

约束条件6：充电连续性约束，引入中间变量w_i,j、v_i,j，令

则相应的约束条件为：

F、采用粒子群算法，以换电规则0-1矩阵为基本粒子，以单日充电成本f₁作为适应度函数，迭代优化求解得到电动公交车充换电站最优换电规则与单日最小充电成本C_charge；

G、建立电动公交车充换电站内电池组充电功率下层优化模型：

目标函数：在求解得到充换电站单日最小充电成本C_charge的基础上，以充电负荷波动f₂最小为目标，其计算公式为：

约束条件：在约束条件3、4、5的基础上，加入充电成本最小的约束：

H、优化求解电动公交车充换电站内电池组充电功率下层优化模型，得到电动公交车充换电站单日最优充电方案。

2.根据权利要求1所述的一种电动公交车充换电站优化运行方法，其特征在于，所述步骤D中，车辆和电池组匹配关系模型的建立方法为：

D1、建立电池组评价指标：

指标1：充电调度裕度指标：

为保证电池组在可充电时段内有足够的裕度进行充电调度，针对第i个车辆换电需求，第j个电池组的充电调度裕度指标为：

其中，t_on,i为第i个车辆换电需求时刻；t_off,j、t_min,j分别为第j个电池组卸下时刻与充电达到目标电量所需的最短时间；P_max为充电桩最大充电功率；η_cha为充电效率；

指标2：充电经济性指标：为了保证电池组充电的经济性，以平均充电成本作为经济性指标：

其中，表示针对第i个车辆换电需求，第j个电池组可充电时段的平均电价；c_t为t时段电价；

指标3：电池组使用均衡度指标：为避免电池组不均衡使用，导致部分电池组性能急剧下降，提出电池组使用均衡度指标

其中，N_battery,j表示第j个电池组当日充电次数；表示指标1大于1的电池组数量；

D2、针对第i个车辆换电需求，计算各个电池组的指标1大小：若指标1大于1，则进行指标2、3的计算；若指标1小于1，则无需计算指标2、3；

D3、针对第i个车辆换电需求，采用熵权法计算各个指标的权重ω大小，并按下式计算各个电池组综合指标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，针对第i个换电需求：V_i,j表示第j个电池组的综合指标；g_i,j,p表示在第p个指标下第j个电池组的特征比重；ω_i,p表示第p个指标的权重大小，p＝1,2,3；

D4、在指标1大于1的电池组中筛选出综合指标最大的电池组以匹配第i个车辆换电需求；

D5、在车辆换电需求向量SWI与电池组充电需求向量CHAT中剔除所对应元素；

D6、重复步骤D1—D5，直至车辆换电需求向量SWI与电池组充电需求向量CHAT为空集，完成匹配。