[发明专利]一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法

摘要

本发明涉及一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法。以单条公交线路为研究对象，在满足公交总站发车时刻表所要求的各时段发车需求这一大前提下，优化配置公交线路电气化情况下电动公交客车和充电桩的型号、数量，视公交线路电气化后的年度费用最小。本发明提出的方法能够用于指导地区或城市公交线路的电气化建设。

主权项

一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤S1、建立目标函数：考虑到一条公交线路电气化所带来年度费用包括投资费用和运行费用，投资费用包括配置电动公交车、充电桩的设备购置费，运行费用包括电动公交车充电所缴纳的电费；则构建目标函数如下：minf＝Ce‑bus+Ccharger+365·Cch  (1)式中，Ce‑bus和Ccharger分别是电动公交车和充电桩的购置费用，Cch是为电动公交充电所产生的日充电费用，且Ce-bus=Σj=1JNje-bus·(prje-bus·r·(1+r)Le-bus(1+r)Le-bus-1)---(2)]]>Ccharger=Σi=1INicharger·(pricharger·r·(1+r)Lcharger(1+r)Lcharger-1)---(3)]]>Cch=Σt=1TΣm=1Mc(t)·Pmch(t)---(4)]]>式中，和分别是特定型号电动公交数量和特定型号充电桩的数量；和pricharger分别是购置一辆电动公交车和一个充电桩的费用；r是贴现率；Le‑bus和Lcharger分别是电动公交车和充电桩的寿命；c(t)是t时刻的系统电价，是编号为m的电动公交t时刻的充电功率；步骤S2、构建约束条件：根据步骤S1建立的目标函数，构建约束条件如下：Σm=1Mym(t)=Ndeparture(t),∀t∈T---(5)]]>Smmin≤Sm(t)≤Smmax,∀m∈M,∀t∈T---(6)]]>Sm(t)=Sm(t-1)+ΔSmch(t)-ΔSmrun(t),∀m∈M,∀t∈T-{1}---(7)]]>ΔSmch(t)=min{Smmax-Sm(t-1),ηch·Pmch(t)·Δt60},∀m∈M,∀t∈T-{1}---(8)]]>ΔSmrun(t)=emconsume·vmrun(t)·Δt60,∀m∈M,∀t∈T---(9)]]>Pmch(t)=Σi=1IPirated·xm,ich(t),∀m∈M,∀t∈T---(10)]]>Dm(t)=Dm(t-1)+ΔDm(t),∀m∈M,∀t∈T-{1}---(11)]]>ΔDm(t)=Dmmax-vmrun(t)·Δt60,if(ym(t)=1)-vmrun(t)·Δt60,if(um(t)=1)0,else,∀m∈M,∀t∈T---(12)]]>Dmmin≤Dm(t)≤Dmmax,∀m∈M,∀t∈T---(13)]]>zm(t)=1,if(Dm(t)=0andDm(t-1)>0)0,else∀m∈M,∀t∈T-{1}---(14)]]>ym(t)-zm(t)=um(t)-um(t-1),∀m∈M,∀t∈T-{1}---(15)]]>ym(t)+zm(t)≤1,∀m∈M,∀t∈T---(16)]]>ym,ich(t)-zm,ich(t)=xm,ich(t)-xm,ich(t-1),∀m∈M,∀i∈I,∀t∈T-{1}---(17)]]>ym,ich(t)+zm,ich(t)≤1,∀m∈M,∀i∈I,∀t∈T---(18)]]>zm,ich(t)=1,if(Sm(t)=SmmaxandΔSmch(t)>0andxm,ich(t)=1)0,else,∀m∈M,∀i∈I,∀t∈T---(19)]]>Σi=1Ixm,ich(t)+um(t)≤1,∀m∈M,∀t∈T---(20)]]>xm,ich(t)≤xminvest,∀m∈M,∀i∈I,∀t∈T---(21)]]>xm,ich(t)≤enicharger,∀m∈M,∀i∈I,∀t∈T---(22)]]>Σj=1Jenje-bus≤1---(23)]]>Σi=1Ienicharger≤1---(24)]]>Smmax=Σj=1Jcapj·enje-bus,∀m∈M---(25)]]>Σm=1Mxm,ich(t)≤Nicharger,∀i∈I,∀t∈T---(26)]]>Σi=1Ixm,ich(t)≤1,∀m∈M,∀i∈I,∀t∈T---(27)]]>Nje-bus=enje-bus·Σm=1Mxminvest,∀j∈J---(28)]]>Σm=1MPmch(t)+P0(t)≤Strans,∀t∈T---(29)]]>Sm(t)=Smrequire(t),∀m∈M,∀t∈Trequire---(30)]]>其中，式(5)表示公交运行需要满足发车时刻表，其中Ndeparture(t)是t时刻的发车数量，ym(t)表示编号为m的电动公交t时刻是否发车的状态；式(6)表示的是电动公交电池的SOC约束，其中Sm(t)是编号为m的电动公交t时刻的SOC量，和分别是最大和最小SOC水平；式(7)是电动公交SOC的更新公式，其中是由充电导致的SOC变化量，是电动汽车行驶导致的SOC变化量；式(8)和式(9)是具体的SOC变化量计算公式，其中ηch是充电效率，是编号为m的电动公交t时刻的充电功率，Δt是模型所采用的时间间隔(单位为min)，是电动公交单位里程电量消耗值，是电动公交的行驶速度；式(10)是充电功率的计算公式，其中Pirated是特定型号充电桩的充电功率，是表示编号为m的电动公交t时刻是否由型号为i充电桩的充电；式(11)‑式(13)是电动公交行驶距离计算公式和电动公交行驶距离的约束，其中Dm(t)表示电动公交距离行驶终点的距离，ΔDm(t)是电动公交该时刻行驶的距离，和分别是最大最小距离，是由线路长度决定的参数；式(14)是电动公交行驶状态转移公式，通过对0‑1变量zm(t)赋值表现电动公交状态在行驶与待命发车之间切换改变；式(15)和式(16)是表示电动公交是否处于行驶状态的约束方程，其中um(t)是表示电动公交是否处于行驶状态；式(17)‑式(19)是表示电动汽车充电状态的约束方程和状态转移公式，其中和分别是表示电动汽车开始充电和停止充电；式(20)和式(21)表示只有处于待命发车状态下的电动公交和购置投资的电动公交才可以充电，其中是表征特定编号电动公交是否购置的决策变量；式(22)表示电动公交仅能通过与配置投资型号对应的充电桩充电，其中是表示是否选择配置型号为i的充电桩；式(23)和(24)则表示一条线路仅能分别选择配置1种型号的电动公交和充电桩，其中是表示是否选择配置型号为j的电动公交；式(25)表示电动公交的电池容量上限容量应与配置投资型号电动公交的容量参数一致，其中capj是型号为j的电动公交的电池容量；式(26)任意时刻同时充电的电动公交数量不能大于特定型号充电桩的配置数量，其中表示型号为i的充电桩的配置数量；式(27)表示每辆电动公交同一时刻仅能用一种型号充电桩充电；式(28)用于计算需要投资购置的电动公交数量；式(29)表示公交线路充电站的负荷不能大于变压器的供电容量，其中P0(t)表示电动公交站原有的负荷，Strans表示电动公交站的配电变压器容量；式(30)表示电动公交SOC的特殊需求，其中Trequire是特殊需求的时间集合，是特殊需求时刻的SOC值；通过步骤S1、S2即完成公交线路电气化优化配置的建模。