CN109489676A - 一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，一方面会结合电网信息和充电站信息，动态调整充电费用与充电站服务费用，其中，充电费用浮动电价作为计算，以浮动充电电价反映电压质量；服务费用充电站占用度进行计算，以浮动服务费来反映各充电站的被占用的程度。电动汽车选择较低充电费用与服务费的充电站进行充电，以此来引导电动汽车到电压质量较好，占用度较低的充电站进行充电。另一方面，不仅考虑从当前位置到充电站的导航，还能结合目的地信息考虑电动汽车在行程中需多次充电的情况，以整体成本最优为用户提供充电导航策略为以整体成本最优为用户提供充电导航策略。

Description

一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电的技术领域，尤其涉及到一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法。

背景技术

随着气候变化，温室气体排放增多、化石能源枯竭等问题越来越严重，电动汽车发展日益受到社会关注。电动汽车因为绿色环保，零排放等优点，各国政府和工业界均在加大政策支持力度。然而，随着未来电动汽车的大量普及，电动汽车充电负荷需求也将大大增加，大规模的电动汽车无序、混乱的充电将对城市电网和电力基础设施产生的影响，如负荷过高、电能质量下降等。特别在一个区域的用电高峰期，如果大量电动汽车到该区域的充电站充电，会导致该区域的电压下降，电能质量下降，传统的分时电价往往通过峰、平、谷三个阶段进行电价的调整，从而引导用户避开负荷高峰去充电，但是这种分时电价策略未能很好地考虑电网运行的实时信息和充电站的电力负荷信息，只是笼统地进行分时段调整电价。实际上，很有可能出现一些区域用电负荷较低，另外一些区域用电负荷较高；或者一些充电站比较拥挤，另外一些却比较空闲的状况。目前的充电导航系统通常是以最短路径作为判决标准，引导电动汽车到就近的充电站去充电，忽略了一些电网运行的信息与充电站信息，例如充电站所在区域的电压情况，充电站的充电价格与服务费价格，可充电的空闲位置信息等等。此外，现有的充电导航系统通常是在剩余电量无法满足电动汽车行驶需求时才会提醒用户充电，并没有结合车辆行驶的目的地的实时信息，综合考虑充电策略。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法。一方面会结合电网信息和充电站信息，包括充电站所在电力节点的电压状况和充电站可充电的空闲位置信息，由电力公司协调各个充电站来动态调整充电站充电电价与服务费用，以此来引导电动汽车到电压质量较好，占用度较低的充电站进行充电；另一方面，考虑电动汽车在行程中需多次充电的情况，结合行驶的目的地信息，以整体成本最优为用户提供整体最佳的充电导航策略。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，包括以下步骤：

S1：将车辆信息，路况信息，充电站信息，电网信息上传到交通控制中心；

S2：交通控制中心实时接收覆盖区域内电动汽车的充电需求，若有充电需求则为用户进行充电导航规划，进行步骤S3；若无充电需要，则继续监控；

S3：交通控制中心进行数据预处理；

S4：求解最优充电导航策略；

S5：交通控制中心将最优充电导航策略发送给用户，电动汽车车载导航系统执行导航任务；

S6：到下一时隙，更新交通控制中心的实时数据，重复步骤S3-步骤S5，更新充电导航策略，若与原导航策略一致，则电动汽车按原导航路径继续行驶，若与原导航策略不同，则交通控制中心将更新后的导航策略发送给用户，电动汽车车载导航系统执行更新后的导航任务。

进一步地，所述步骤S1中，

车辆信息包括电动汽车初始电量状态电池额定容量E_ca，每公里耗电量E_drive，车辆起始节点坐标O与目的地节点坐标D；

路况信息包括电动汽车所在区域位置节点i、j，道路节点之间的距离d_ij，道路实时平均行驶的速度

充电站信息包括电动汽车所在区域充电站位置节点j，充电站j在各时间段预计需等待的时间各充电站充电桩个数p_j，充电站j在正在使用中的充电桩个数s_j,k，各充电站电动汽车的到达率r_j，k与充电桩平均服务率c_j,k，充电桩的充电功率P_j，充电效率充电站基准服务费ψ_b；

电网信息包括充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，电网发布的基准充电电价ρ_b；

将一天平均分为K个时隙{0,1,…,k,…K}，其中，道路实时平均行驶的速度充电站在各时间段预计需等待的时间充电站j在正在使用中的充电桩个数s_j,k，充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，每隔一段时隙k更新一次，并上传到交通控制中心；电动汽车的电量状态SOC_t和所在的位置信息则每时隙上传一次到交通控制中心。

进一步地，所述步骤S3交通控制中心进行数据预处理的具体过程如下：

计算各路段预计行驶时间T_ij：

计算电动汽车从当前位置O到充电站j的行驶时间T_j,drive：

其中，Ω代表所有道路结点的集合，Φ表示导航区域内待选充电站的集合；x_ij为二值变量，x_ij为1表示经过路段m_ij，x_ij为0表示不经过路段m_ij；

基于充电站传感器与充电桩数据采集模块所记录的电动汽车到达数记和电动汽车进行充电个数计算充电站电动汽车到达率r_j，k与单个充电桩平均服务率c_j,k，计算公式如下：

其中，Τ为更新周期时间，同样等同于一个时隙的时长，到达率r_j，k与服务率c_j,k每隔一个周期Τ更新一次；

计算充电站j全部充电桩闲置的概率Ρ_0,j：

通过递推法求解上述公式，计算充电站j在一段时间Τ内有n个充电桩被占用的概率：

基于排队论M/M/n模型，计算充电站j的等候队长L_q,j和等待时间

计算在充电站j的充电时间

其中，Q_j代表在充电站j所充进的电量，P_j代表在充电站j的充电功率，代表充电效率，与车型和充电站的设定有关，可根据经验数据直接获得；

计算充电站j的充电电价调控因子g与充电站服务费调控因子h：

读取获取的充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，当u_j,k≥0.98，g＝g₁，表示节点j电压质量良好；当0.96≤u_j,k＜0.98，g＝g₂，表示节点j电压质量中等；当u_j,k＜0.96，g＝g₃，表示节点j电压质量较差；其中，g₁＞g₂＞g₃＞1；g₁＞g₂＞g₃表示电压质量越差，充电电价上浮得更大，充电电价调控因子的值越大；g₁，g₂，g₃的值大于1表示调控后的电价不能低于基准电价；充电电价调控因子g₁，g₂，g₃值的大小可由供电部门与充电站共同协商制定；

读取获取的充电站j充电桩的个数p_j，充电站j正在使用中的充电桩个数s_j,k，通过计算充电站j的占用度u_j,k来计算充电站服务费调控因子h：

h＝1+u_j,k；

其中，u_j,k＝0代表充电站j在时隙k全部充电桩均可用；u_j,k＝1代表充电站j在时隙k全部充电桩已经被占用，占用度高的充电站表明充电用户较多，服务费会被调整，相应增加，以此来引导用户到其他占用度较低的充电站进行充电；

计算充电站j实时充电电价与服务费

其中，ψ_b为充电站基准服务费，ρ_b为电网发布的基准充电电价；充电电价与服务费将由电力公司协调各个充电站进行统一调整。

进一步地，所述S4求解最优充电导航策略的具体过程如下：

根据约束函数，求解符合条件的充电站与其对应的行驶路径，约束函数如下：

q_i＞0(i∈Ω∪Φ_a)；

q_i代表到达节点i的剩余电量，上式代表电动汽车到达每个节点电量都必须大于0。

q_j+Q_j≤Q_ca(j∈Φ_a)；

q_j代表到达充电站j的剩余电量，上式代表电动汽车在充电站j充进的电量Q_j不能大于电动汽车电池的额定电量Q_ca；

根据求解出的符合条件的充电导航策略，包括充电行驶路径所经过的路网节点集合Ω_S以及每种路径所选定的充电站集合Φ_S，计算每种充电导航策略的时间成本T与充电成本C_ch：

根据目标函数，求解最优充电导航策略，包括最优充电行驶路径所经过的路网节点集合最优路径所选定的充电站集合以及综合成本C^*；

目标函数如下：

min C＝λT+C_ch

其中，λ为时间成本权值系数，可根据用户需要进行调整。

与现有技术相比，本方案原理和优点如下：

1、目前主要通过传统的分时电价来引导电动汽车避开负荷高峰去充电，以此减少对电网的影响，然而，仅通过简单的分时段充电电价的调整，并不能很好地解决用电负荷过高与用电负荷区域不均的问题，本方案会结合实时的电网信息和充电站信息，包括充电站所在电力节点的电压状况和充电站可充电的空闲位置信息，由电力公司协调各个充电站来动态调整充电站充电电价与服务费用，以此引导电动汽车到电压质量较好、占用度较低的充电站进行充电。

2、目前大部分的充电导航都是以最短路径或最短行驶时间为目标为电动汽车进行导航的，仅仅考虑从用户所在的地方到充电站之间的导航，没有结合出发地与目的地之间完整的路况信息，较少从整个行程综合考虑充电导航策略。本方案不仅考虑从当前位置到充电站的导航，还考虑了电动汽车在整个行程中需多次充电的情况，以整体成本最优为用户提供充电导航策略。

附图说明

图1为本发明一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法的流程图；

图2为本发明一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法中时隙的阶段图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本实施例所述的一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，包括以下步骤：

S1：将车辆信息，路况信息，充电站信息，电网信息上传到交通控制中心：

车辆信息包括电动汽车初始电量状态电池额定容量E_ca，每公里耗电量E_drive，车辆起始节点坐标O与目的地节点坐标D；

路况信息包括电动汽车所在区域位置节点i、j，道路节点之间的距离d_ij，道路实时平均行驶的速度

充电站信息包括电动汽车所在区域充电站位置节点j，充电站j在各时间段预计需等待的时间各充电站充电桩个数p_j，充电站j在正在使用中的充电桩个数s_j,k，各充电站电动汽车的到达率r_j，k与充电桩平均服务率c_j,k，充电桩的充电功率P_j，充电效率充电站基准服务费ψ_b；

电网信息包括充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，电网发布的基准充电电价ρ_b；

将一天平均分为K个时隙{0,1,…,k,…K}，其中，道路实时平均行驶的速度充电站在各时间段预计需等待的时间充电站j在正在使用中的充电桩个数s_j,k，充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，每隔一段时隙k更新一次，并上传到交通控制中心；电动汽车的电量状态SOC_t和所在的位置信息则每时隙上传一次到交通控制中心。

每个时隙分为3个阶段，如图2所示，分别为收集信息阶段，数据处理阶段和信息传送阶段。

S2：交通控制中心实时接收覆盖区域内电动汽车的充电需求，若有充电需求则为用户进行充电导航规划，进行步骤S3；若无充电需要，则继续监控。

S3：交通控制中心进行数据预处理，具体步骤如下：

计算各路段预计行驶时间T_ij：

计算电动汽车从当前位置O到充电站j的行驶时间T_j,drive：

其中，Ω代表所有道路结点的集合，Φ表示导航区域内待选充电站的集合；x_ij为二值变量，x_ij为1表示经过路段m_ij，x_ij为0表示不经过路段m_ij；

基于充电站传感器与充电桩数据采集模块所记录的电动汽车到达数记和电动汽车进行充电个数计算充电站电动汽车到达率r_j，k与单个充电桩平均服务率c_j,k，计算公式如下：

其中，Τ为更新周期时间，同样等同于一个时隙的时长，到达率r_j，k与服务率c_j,k每隔一个周期Τ更新一次；

计算充电站j全部充电桩闲置的概率Ρ_0,j：

通过递推法求解上述公式，计算充电站j在一段时间Τ内有n个充电桩被占用的概率：

基于排队论M/M/n模型，计算充电站j的等候队长L_q,j和等待时间

计算在充电站j的充电时间

其中，Q_j代表在充电站j所充进的电量，P_j代表在充电站j的充电功率，代表充电效率，与车型和充电站的设定有关，可根据经验数据直接获得；

计算充电站j的充电电价调控因子g与充电站服务费调控因子h：

读取获取的充电站所在位置节点j的节点电压的pu值(标幺值)u_j,k，当u_j,k≥0.98，g＝g₁，表示节点j电压质量良好；当0.96≤u_j,k＜0.98，g＝g₂，表示节点j电压质量中等；当u_j,k＜0.96，g＝g₃，表示节点j电压质量较差；其中，g₁＞g₂＞g₃＞1；g₁＞g₂＞g₃表示电压质量越差，充电电价上浮得更大，充电电价调控因子的值越大；g₁，g2，g₃的值大于1表示调控后的电价不能低于基准电价；充电电价调控因子g₁，g₂，g₃值的大小可由供电部门与充电站共同协商制定；

读取获取的充电站j充电桩的个数p_j，充电站j正在使用中的充电桩个数s_j,k，通过计算充电站j的占用度u_j,k来计算充电站服务费调控因子h：

h＝1+u_j,k；

其中，u_j,k＝0代表充电站j在时隙k全部充电桩均可用；u_j,k＝1代表充电站j在时隙k全部充电桩已经被占用，占用度高的充电站表明充电用户较多，服务费会被调整，相应增加，以此来引导用户到其他占用度较低的充电站进行充电；

计算充电站j实时充电电价与服务费

其中，ψ_b为充电站基准服务费，ρ_b为电网发布的基准充电电价；充电电价与服务费将由电力公司协调各个充电站进行统一调整。

S4：求解最优充电导航策略，具体过程如下：

根据约束函数，求解符合条件的充电站与其对应的行驶路径，约束函数如下：

q_i＞0(i∈Ω∪Φ_a)；

q_i代表到达节点i的剩余电量，上式代表电动汽车到达每个节点电量都必须大于0。

q_j+Q_j≤Q_ca(j∈Φ_a)；

qj代表到达充电站j的剩余电量，上式代表电动汽车在充电站j充进的电量Q_j不能大于电动汽车电池的额定电量Q_ca；

根据上述求解出的符合条件的充电导航策略，包括充电行驶路径所经过的路网节点集合Ω_S以及每种路径所选定的充电站集合Φ_S，结合步骤S3的公式计算每种充电导航策略的时间成本T与充电成本C_ch：

根据目标函数，求解最优充电导航策略，包括最优充电行驶路径所经过的路网节点集合最优路径所选定的充电站集合以及综合成本C^*。

目标函数如下：

min C＝λT+C_ch

其中，λ为时间成本权值系数，可根据用户需要进行调整。

S5：交通控制中心将最优充电导航策略发送给用户，电动汽车车载导航系统执行导航任务。

S6：到下一时隙k+1，更新交通控制中心的实时数据，包括道路实时平均行驶的速度充电站在各时间段预计需等待的时间充电站j正在使用中的充电桩个数s_j,k+1，充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k+1，电量状态重复步骤S3-步骤S5，更新充电导航策略，若与原导航策略一致，则电动汽车按原导航路径继续行驶，若与原导航策略不同，则交通控制中心将更新后的导航策略发送给用户，电动汽车车载导航系统执行更新后的导航任务。

本实施例结合了电网信息和充电站信息，同时考虑了动态调整充电费用与充电站服务费用，其中，充电费用浮动电价作为计算，以浮动充电电价反映电压质量；服务费用充电站占用度进行计算，以浮动服务费来反映各充电站的被占用的程度。电动汽车选择较低充电费用与服务费的充电站进行充电，以此来引导电动汽车到电压质量较好，占用度较低的充电站进行充电。另外，本实施例的充电导航方法不仅考虑从当前位置到充电站的导航，还考虑了电动汽车在整个行程中需多次充电的情况，以整体成本最优为用户提供充电导航策略。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1：将车辆信息，路况信息，充电站信息，电网信息上传到交通控制中心；

S2：交通控制中心实时接收覆盖区域内电动汽车的充电需求，若有充电需求则为用户进行充电导航规划，进行步骤S3；若无充电需要，则继续监控；

S3：交通控制中心进行数据预处理；

S4：求解最优充电导航策略；

S5：交通控制中心将最优充电导航策略发送给用户，电动汽车车载导航系统执行导航任务；

S6：到下一时隙，更新交通控制中心的实时数据，重复步骤S3-步骤S5，更新充电导航策略，若与原导航策略一致，则电动汽车按原导航路径继续行驶，若与原导航策略不同，则交通控制中心将更新后的导航策略发送给用户，电动汽车车载导航系统执行更新后的导航任务。

2.根据权利要求1所述的一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，其特征在于,所述步骤S1中，

车辆信息包括电动汽车初始电量状态电池额定容量E_ca，每公里耗电量E_drive，车辆起始节点坐标O与目的地节点坐标D；

路况信息包括电动汽车所在区域位置节点i、j，道路节点之间的距离d_ij，道路实时平均行驶的速度

充电站信息包括电动汽车所在区域充电站位置节点j，充电站j在各时间段预计需等待的时间各充电站充电桩个数p_j，充电站j在正在使用中的充电桩个数s_j,k，各充电站电动汽车的到达率r_j，k与充电桩平均服务率c_j,k，充电桩的充电功率P_j，充电效率θ，充电站基准服务费ψ_b；

电网信息包括充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，电网发布的基准充电电价ρ_b；

将一天平均分为K个时隙{0,1,…,k,…K}，其中，道路实时平均行驶的速度充电站在各时间段预计需等待的时间充电站j在正在使用中的充电桩个数s_j,k，充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，每隔一段时隙k更新一次，并上传到交通控制中心；电动汽车的电量状态SOC_t和所在的位置信息则每时隙上传一次到交通控制中心。

3.根据权利要求1所述的一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，其特征在于,所述步骤S3交通控制中心进行数据预处理的具体过程如下：

计算各路段预计行驶时间T_ij：

计算电动汽车从当前位置O到充电站j的行驶时间T_j,drive：

其中，Ω代表所有道路结点的集合，Φ表示导航区域内待选充电站的集合；x_ij为二值变量，x_ij为1表示经过路段m_ij，x_ij为0表示不经过路段m_ij；

基于充电站传感器与充电桩数据采集模块所记录的电动汽车到达数记和电动汽车进行充电个数计算充电站电动汽车到达率r_j，k与单个充电桩平均服务率c_j,k，计算公式如下：

其中，Τ为更新周期时间，同样等同于一个时隙的时长，到达率r_j，k与服务率c_j,k每隔一个周期Τ更新一次；

计算充电站j全部充电桩闲置的概率Ρ_0,j：

通过递推法求解上述公式，计算充电站j在一段时间Τ内有n个充电桩被占用的概率：

基于排队论M/M/n模型，计算充电站j的等候队长L_q,j和等待时间

计算在充电站j的充电时间

其中，Q_j代表在充电站j所充进的电量，P_j代表在充电站j的充电功率，θ代表充电效率，与车型和充电站的设定有关，可根据经验数据直接获得；

计算充电站j的充电电价调控因子g与充电站服务费调控因子h：

读取获取的充电站所在位置节点j的节点电压的pu值u_j,k，当u_j,k≥0.98，g＝g₁，表示节点j电压质量良好；当0.96≤u_j,k＜0.98，g＝g₂，表示节点j电压质量中等；当u_j,k＜0.96，g＝g₃，表示节点j电压质量较差；其中，g₁＞g₂＞g₃＞1；g₁＞g₂＞g₃表示电压质量越差，充电电价上浮得更大，充电电价调控因子的值越大；g₁，g₂，g₃的值大于1表示调控后的电价不能低于基准电价；

读取获取的充电站j充电桩的个数p_j，充电站j正在使用中的充电桩个数s_j,k，通过计算充电站j的占用度u_j,k来计算充电站服务费调控因子h：

h＝1+u_j,k；

其中，u_j,k＝0代表充电站j在时隙k全部充电桩均可用；u_j,k＝1代表充电站j在时隙k全部充电桩已经被占用，占用度高的充电站表明充电用户较多，服务费会被调整，相应增加，以此来引导用户到其他占用度较低的充电站进行充电；

计算充电站j实时充电电价与服务费

其中，ψ_b为充电站基准服务费，ρ_b为电网发布的基准充电电价；充电电价与服务费将由电力公司协调各个充电站进行统一调整。

4.根据权利要求1所述的一种计及电网信息与充电站信息的电动汽车充电导航方法，其特征在于,所述S4求解最优充电导航策略的具体过程如下：

根据约束函数，求解符合条件的充电站与其对应的行驶路径，约束函数如下：

q_i＞0(i∈Ω∪Φ_a)；

q_i代表到达节点i的剩余电量，上式代表电动汽车到达每个节点电量都必须大于0。

q_j+Q_j≤Q_ca(j∈Φ_a)；

q_j代表到达充电站j的剩余电量，上式代表电动汽车在充电站j充进的电量Q_j不能大于电动汽车电池的额定电量Q_ca；

根据求解出的符合条件的充电导航策略，包括充电行驶路径所经过的路网节点集合Ω_S以及每种路径所选定的充电站集合Φ_S，计算每种充电导航策略的时间成本T与充电成本C_ch：

根据目标函数，求解最优充电导航策略，包括最优充电行驶路径所经过的路网节点集合最优路径所选定的充电站集合以及综合成本C^*；

目标函数如下：

min C＝λT+C_ch

其中，λ为时间成本权值系数，可根据用户需要进行调整。