CN109572478A - 充电站电动汽车在线平稳充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电站电动汽车在线平稳充电系统及方法，包括排队步骤、调解步骤、在线充电步骤以及功率更新步骤；现有针对这个问题只考虑一个优化目标，即要么最小化充电站的充电成本，要么最大化充电站充电功率的平稳性。在本发明中，我们同时考虑充电站充电成本的最小化、充电站整体充电功率的稳定性和充电桩充电功率的稳定性三个目标，建立一个多目标优化模型，然后运用功效函数法将多目标的优化模型转化为单目标优化问题，最后设计一个在线的平稳充电算法求解每个时刻电动汽车在充电站的充电功率。本发明能够有效提升充电站的充电效率，降低电动汽车充电的等待时间，具有充电平稳，充电成本低，充电功率稳定的优点。

Description

充电站电动汽车在线平稳充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电领域，具体地，涉及一种充电站电动汽车在线平稳充电系统及方法，尤其涉及借助效能系数法求解多目标优化模型的单充电站电动汽车在线平稳充电策略。

背景技术

随着电动汽车技术的发展，城市中的电动汽车越来越多，相应的对电量的需求也越来越大。目前电价根据用电量的高峰和低谷时期来定价，高峰时期的电价最高，而低谷时期的电价最低，对于一个充电站来说，当然希望充电成本越小越好，因此充电站希望电动汽车最好都安排在用电低谷时期充电，然而这样简单的充电调度方式不能完全满足电动汽车的充电需求，很多电车到达充电站和离开充电站的时刻都不在用电低谷时期，此外有可能导致低谷时期的充电站的充电功率过大，甚至超过充电站的充电负荷。为了满足充电汽车快速充电需求，充电站会提供很大的充电速率以快速的完成充电，然而这样大功率的充电速率必然导致充电设备和电动汽车电池使用寿命的缩短。因此如何保证充电站的充电成本最小的同时，保持一个平稳的充电状态以维护充电设备的使用寿命和电动汽车电池的使用寿命，是一个亟需解决的问题。

因此，通过将充电目标刻画为一个多目标优化问题，即最小化充电站的充电成本，最大化整个充电站和单个充电桩的充电功率和平稳性，提出一个在线平稳算法得出每个电动汽车的充电顺序及充电功率，具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种充电站电动汽车在线平稳充电系统及方法。

根据本发明提供的一种充电站电动汽车在线平稳充电方法，包括排队步骤，所述排队步骤包括如下步骤：

MACR值计算步骤：计算队列中所有等候充电的电动汽车的平均所需充电功率MACR值，队列中的第i辆电动汽车的平均所需充电功率记为MACR_i，并且能够通过计算得到；

排队序列步骤：将队列中所有等候充电的电动汽车按照MACR值由大至小排列作为排队顺序；

其中，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量；表示输入的第i辆电动汽车离开充电站的时刻；t_current表示当前时刻；i为正整数，k为非负整数；

所述第k个时间槽是指第k时刻至第k+1时刻的时间区间；

当k＝0时，第k时刻为充电站开始运行的时刻；

当k≠0时，第k时刻为自充电站开始运行起，第k次发生以下任一情况的时刻：

-有新的待充电电动汽车进入充电站；

-有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站；

-自第k-1时刻起，经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法还包括：

调解步骤：当存在MACR_i＞α_i的情况时，扫描全部正在充电的电动汽车，将所有在第k个时间槽内未完成的充电量C_ik不大于α_it_α的电动汽车的充电功率设置为能够承受的最大充电功率β_i，并将MACR_i＞α_i的电动汽车移动至排队顺序的顶部，优先进行充电；

其中，α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值；t_α为设定的时间阈值。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法还包括在线充电步骤，所述在线充电步骤包括第一充电步骤、第二充电步骤以及第三充电步骤中的任一种或任多种组合，其中：

第一充电步骤：当有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序，随后根据更新的排队顺序取出电动汽车开始充电；

第二充电步骤：当有新的待充电电动汽车进入充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并计算新的待充电电动汽车的MACR值，将新的待充电电动汽车加入排队顺序，随后检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

第三充电步骤：当经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

其中α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值。

优选地，当排队步骤完成后，进行功率更新步骤；

功率更新步骤：通过第二公式计算得到第i个正在充电的电动汽车在第k个时间槽内的充电功率x_ik；

所述第二公式为：

第二公式满足：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t),

n_k≤N,k∈K(t),

其中， 分别表示h₁(x)的最大值、h₁(x)的最小值、h₂(x)的最大值、h₂(x)的最小值，c(k)表示第k个时间槽内的电价，I(k,t)表示t时刻第k个时间槽内正在充电的电动汽车的集合，x_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内的充电功率，δ_k,t表示t时刻第k个时间槽的时长，表示充电站的平均充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率，K(t)表示截至t时刻为止所有时间槽的集合，β_i表示第i个电动汽车能够承受的最大充电功率，n_k表示第k个时间槽内在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻间时间槽的集合，T表示正在充电的电动汽车中需要的充电时间最久的电动汽车充电完成的时刻。

根据本发明提供的一种充电站电动汽车在线平稳充电系统，其特征在于，包括排队模块，所述排队模块包括：

MACR值计算子模块：计算队列中所有等候充电的电动汽车的平均所需充电功率MACR值，队列中的第i辆电动汽车的平均所需充电功率记为MACR_i，并且能够通过计算得到；

排队序列子模块：将队列中所有等候充电的电动汽车按照MACR值由大至小排列作为排队顺序；

其中，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量；表示第i辆电动汽车离开充电站的时刻；t_current表示当前时刻；i为正整数，k为非负整数；

所述第k个时间槽是指第k时刻至第k+1时刻的时间区间；

当k＝0时，第k时刻为充电站开始运行的时刻；

当k≠0时，第k时刻为自充电站开始运行起，第k次发生以下任一情况的时刻：

-有新的待充电电动汽车进入充电站；

-有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站；

-自第k-1时刻起，经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电系统还包括：

调解模块：当存在MACR_i＞α_i的情况时，即接收到调解信号时，扫描全部正在充电的电动汽车，将所有在第k个时间槽内未完成的充电量C_ik不大于α_it_α的电动汽车的充电功率设置为能够承受的最大充电功率β_i，并将MACR_i＞α_i的电动汽车移动至排队顺序的顶部，优先进行充电；

其中，α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值；t_α为设定的时间阈值。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电系统还包括在线充电模块，所述在线充电模块能够通过第一充电子模块、第二充电子模块以及第三充电子模块中的任一种或任多种组合控制电动汽车进行充电；其中：

第一充电子模块：当有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序，随后根据更新的排队顺序取出电动汽车开始充电；

第二充电子模块：当有新的待充电电动汽车进入充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并计算新的待充电电动汽车的MACR值，将新的待充电电动汽车加入排队顺序，随后检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

第三充电子模块：当经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

其中α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电系统还包括：

功率更新模块：通过第二公式计算得到第i个正在充电的电动汽车在第k个时间槽内的充电功率x_ik；

所述第二公式为：

第二公式满足：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t),

n_k≤N,k∈K(t),

其中， 分别表示h₁(x)的最大值、h₁(x)的最小值、h₂(x)的最大值、h₂(x)的最小值，c(k)表示第k个时间槽内的电价，I(k,t)表示t时刻第k个时间槽内正在充电的电动汽车的集合，x_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内的充电功率，δ_k,t表示t时刻所在的第k个时间槽的时长，表示充电站的平均充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率，K(t)表示截至t时刻为止所有时间槽的集合，β_i表示第i个电动汽车能够承受的最大充电功率，n_k表示第k个时间槽内在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻间时间槽的集合，T表示正在充电的电动汽车中需要的充电时间最久的电动汽车充电完成的时刻。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法，利用优化的排队步骤，能够有效提升电动汽车充电站的充电效率；

2、本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法，能够减少电动汽车充电的等待时间；

3、本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法，具有充电平稳，充电成本低，充电功率稳定的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法的流程示意图；

图2为本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法中调解步骤的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种充电站电动汽车在线平稳充电方法，包括排队步骤，所述排队步骤包括如下步骤：

MACR值计算步骤：计算队列中所有等候充电的电动汽车的平均所需充电功率MACR值，队列中的第i辆电动汽车的平均所需充电功率记为MACR_i，并且能够通过计算得到；

排队序列步骤：将队列中所有等候充电的电动汽车按照MACR值由大至小排列作为排队顺序；

其中，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量；表示输入的第i辆电动汽车离开充电站的时刻；t_current表示当前时刻；i为正整数，k为非负整数；

所述第k个时间槽是指第k时刻至第k+1时刻的时间区间；

当k＝0时，第k时刻为充电站开始运行的时刻；

当k≠0时，第k时刻为自充电站开始运行起，第k次发生以下任一情况的时刻：

-有新的待充电电动汽车进入充电站；

-有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站；

-自第k-1时刻起，经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法还包括：

调解步骤：当存在MACR_i＞α_i的情况时，扫描全部正在充电的电动汽车，将所有在第k个时间槽内未完成的充电量C_ik不大于α_it_α的电动汽车的充电功率设置为能够承受的最大充电功率β_i，并将MACR_i＞α_i的电动汽车移动至排队顺序的顶部，优先进行充电；

其中，α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值；t_α为设定的时间阈值。

本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电方法还包括在线充电步骤，所述在线充电步骤包括第一充电步骤、第二充电步骤以及第三充电步骤中的任一种或任多种组合，其中：

第一充电步骤：当有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序，随后根据更新的排队顺序取出电动汽车开始充电；

第二充电步骤：当有新的待充电电动汽车进入充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并计算新的待充电电动汽车的MACR值，将新的待充电电动汽车加入排队顺序，随后检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

第三充电步骤：当经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

其中α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值。

当排队步骤完成后，进行功率更新步骤；

功率更新步骤：通过第二公式计算得到第i个正在充电的电动汽车在第k个时间槽内的充电功率x_ik；

所述第二公式为：

第二公式满足：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t),

n_k≤N,k∈K(t),

其中， 分别表示h₁(x)的最大值、h₁(x)的最小值、h₂(x)的最大值、h₂(x)的最小值，c(k)表示第k个时间槽内的电价，I(k,t)表示t时刻第k个时间槽内正在充电的电动汽车的集合，x_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内的充电功率，δ_k,t表示t时刻所在的第k个时间槽的时长，表示充电站的平均充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率，K(t)表示截至t时刻为止所有时间槽的集合，β_i表示第i个电动汽车能够承受的最大充电功率，n_k表示第k个时间槽内在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻间时间槽的集合，T表示正在充电的电动汽车中需要的充电时间最久的电动汽车充电完成的时刻。

根据本发明提供的一种充电站电动汽车在线平稳充电系统，其特征在于，包括排队模块，所述排队模块包括：

MACR值计算子模块：计算队列中所有等候充电的电动汽车的平均所需充电功率MACR值，队列中的第i辆电动汽车的平均所需充电功率记为MACR_i，并且能够通过计算得到；

排队序列子模块：将队列中所有等候充电的电动汽车按照MACR值由大至小排列作为排队顺序；

其中，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量；表示第i辆电动汽车离开充电站的时刻；t_current表示当前时刻；i为正整数，k为非负整数；

所述第k个时间槽是指第k时刻至第k+1时刻的时间区间；

当k＝0时，第k时刻为充电站开始运行的时刻；

当k≠0时，第k时刻为自充电站开始运行起，第k次发生以下任一情况的时刻：

-有新的待充电电动汽车进入充电站；

-有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站；

-自第k-1时刻起，经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电系统还包括：

调解模块：当存在MACR_i＞α_i的情况时，即接收到调解信号时，扫描全部正在充电的电动汽车，将所有在第k个时间槽内未完成的充电量C_ik不大于α_it_α的电动汽车的充电功率设置为能够承受的最大充电功率β_i，并将MACR_i＞α_i的电动汽车移动至排队顺序的顶部，优先进行充电；

其中，α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值；t_α为设定的时间阈值。

本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电系统还包括在线充电模块，所述在线充电模块能够通过第一充电子模块、第二充电子模块以及第三充电子模块中的任一种或任多种组合控制电动汽车进行充电；其中：

第一充电子模块：当有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序，随后根据更新的排队顺序取出电动汽车开始充电；

第二充电子模块：当有新的待充电电动汽车进入充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并计算新的待充电电动汽车的MACR值，将新的待充电电动汽车加入排队顺序，随后检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

第三充电子模块：当经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

其中α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值。

优选地，本发明提供的充电站电动汽车在线平稳充电系统还包括：

功率更新模块：通过第二公式计算得到第i个正在充电的电动汽车在第k个时间槽内的充电功率x_ik；

所述第二公式为：

第二公式满足：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t),

n_k≤N,k∈K(t),

其中， 分别表示h₁(x)的最大值、h₁(x)的最小值、h₂(x)的最大值、h₂(x)的最小值，c(k)表示第k个时间槽内的电价，I(k,t)表示t时刻第k个时间槽内正在充电的电动汽车的集合，x_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内的充电功率，δ_k,t表示t时刻第k个时间槽的时长，表示充电站的平均充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率，K(t)表示截至t时刻为止所有时间槽的集合，β_i表示第i个电动汽车能够承受的最大充电功率，n_k表示第k个时间槽内在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻间时间槽的集合，T表示正在充电的电动汽车中需要的充电时间最久的电动汽车充电完成的时刻。

具体地，本发明解决的技术问题如下：

对于一个电动汽车充电站来说，如何动态的满足不断到达的电动汽车的充电需求，即在电动汽车离开充电站之前完成其电池需求的电量，对于在充电站停留时间较短但充电量要求较大的电车，充电站可以提供较大的充电功率以完成其充电需求，然而对于整个充电站来说，整个充电站最大可承受的充电功率是有限的，而且对于充电站和电动汽车来说，较大的充电功率对充电设备和电车的电池的使用寿命都是有较大损耗的，因此希望设计一个既能满足到达充电站的所有电车的充电需求又能保持一个平稳的充电功率的方法。

本发明的技术方案如下：

现有针对这个问题只考虑一个优化目标，即要么最小化充电站的充电成本，要么最大化充电站充电功率的平稳性。在本发明中，我们同时考虑充电站充电成本的最小化、充电站整体充电功率的稳定性和充电桩充电功率的稳定性三个目标，建立一个多目标优化模型，然后运用功效函数法将多目标的优化模型转化为单目标优化问题，最后设计一个在线的平稳充电算法求解每个时刻电动汽车在充电站的充电功率。

更具体的，本发明利用功效函数优化现有技术，功效函数法又叫功效系数法，它是根据多目标规划原理，对每一项评价指标确定一个满意值和不允许值，以满意值为上限，以不允许值为下限，计算各指标实现满意值的程度，并以此确定各指标的分数，再经过加权平均进行综合，从而评价被研究对象的综合状况。运用功效函数法进行业绩评价，企业中不同的业绩因素得以综合，包括财务的和非财务的、定向的和非定量的。

多目标优化问题中各单目标函数f_i要求不一，有的要求极大值，有的要求极小值，有的要求一个合适值，为了反映这些要求的不同，引入功效函数d_i，其值即为功效系数，规定d_i属于[0，1]，当f_i满意时，d_i＝1；f_i不满意时，d_i＝0。这样组成评价函数d＝d₁×d₂×…，d＝1则最满意，d＝0则有不符合要求的f_i。

系数d_i的确定：先求出区间上各个目标函数的最大值f_imax和最小值f_imin，在n个子函数中，当某个子函数的值越大，功效系数越小时用公式d_i＝[f_imax-f_i(x)]/(f_imax-f_imin)求其功效系数；反之用公式d_i＝[f_i(x)-f_imin]/(f_imax-f_imin)求系数。功效系数法的基本思想是先按各子目标值的优劣分别求出其对应的功效系数，然后再构造评价函数maxd(x)＝d₁×d₂×…，便可转化为单目标优化问题。此方法具有以下特点：

1、直接按要求的性能指标来评价函数，直观，且初步试算后，调整方便；

2、无论各子目标的量级和量纲如何，最终都转化为在[0,1]区间取值，而且一旦有一个子目标达不到要求，则其相应的功效系数为0，从而使评价函数也为0，表明不能接受所得设计方案；

3、可以处理既非越大越好，也非越小越好的目标函数；

进一步地，本发明的原理如下：

由于电动汽车到达充电站是随机的，我们的目标是最小化整个充电时期的充电成本最小和最大化充电站和充电桩充电功率的平稳性，因此得到三目标优化模型，并记为第一目标：

其中，第一目标应满足如下第一条件：

x_it∈[0,β_i],i＝1,2,...,n_t,t∈[0,T]

n_t≤N,t∈[0,T]

这里的x_it表示电动汽车i在t时刻的充电功率，并且x_it∈[0,β_i]，β_i表示电动汽车i能够承受的最大充电功率，n_t表示t时刻在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量。c(t)表示在时间t时刻的电价，其中a₁,a₂,a₃为非负实数并且a₁＞a₂＞a₃，T_peak,T_flat和T_valley分别表示用电高峰时期，用电平缓期和用电波谷期。w_t表示充电站在t时刻的充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率。C_i表示电动汽车i的充电量需求。表示电动汽车i的开始充电时刻，表示电动汽车i离开充电站的时刻，T表示充电站充电时长， 表示充电站的平均充电功率，g_i表示电动汽车i被建议的最佳充电功率。第一目标能够同时优化充电站的充电成本，充电站充电功率的稳定性和充电桩充电功率的稳定性。第一条件的第一项限制了t时刻整个充电站的充电功率不能超过充电站能够承受的最大充电功率；第一条件的第二项定义了t时刻每个正在充电的电动汽车的充电功率，且其充电功率不可超过所能承受的最大充电功率；第一条件的第三项限定了每个时刻同时充电的电动汽车数量不可超过整个充电站中充电桩的数量；第一条件的第四项保证每辆电动汽车可以在离开之前完成它们的充电量需求。

可以看到，第一目标是多目标任务且其变量是连续变化的优化模型，然而实际问题中我们将保持某个时刻的充电功率直到充电站中有新的电动汽车请求充电或者充电站中有电动汽车完成充电离开又或者到达一个扫描周期才根据第一目标来更新每个在充电站充电的电动汽车的充电功率，因此我们首先需要将第一目标等价的转化为离散型问题，然后转化为一个单目标优化问题来求解，具体解决方案如下：

将第一目标离散转化为第二目标：

其中，第二目标应满足如下第二条件：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t)

n_k≤N,k∈K(t)

这里的x_ik表示电动汽车i在第k个时间槽内的充电功率，我们这里的时间槽间隔不是相同的，当充电站中有新的电动汽车到达，有电动汽车完成充电或者周期性的更新时充电站中电动汽车的充电功率才发生调整。c(k)表示k时间槽内的电价，δ_k,t表示t时刻k时间槽的时长，I(k,t)表示t时刻k时间槽内正在充电的电动汽车的数量，K(t)表示到t时刻为止所有时间槽的集合。g_i表示电动汽车i的理想充电功率。

由于第二目标在各个时间槽间是可以解耦的，因此我们可以将第二目标转化为求解单个时间槽的第三目标：

其中，第三目标应满足第三条件：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t)

n_k≤N,k∈K(t)

这里的C_ik表示电动汽车i在时间槽k内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻的时间槽的集合。

由于第三目标的第二项和第三项是同解的，因此可以将第三目标转化为一个双目标优化的第四目标：

其中，第四目标应满足第三条件；

应用功函数法能够将第四目标转化为第五目标：

其中，第五目标应满足第三条件；

这里的并且分别表示h₁(x)与h₂(x)的最大值和最小值。

到这里单时间槽的优化问题就已经重新构建好了。通过求解该优化问题，我们就可以求解中当前时刻的电动汽车的充电功率。

更进一步地，图1展示了整个算法的基本流程。整个算法有三个部分组成：队列q的排队方法；在线充电方法；调解步骤。排队步骤，对于队列中的每个等候充电的电车计算它们的平均所需充电功率，即MACR值，其中表示电车i离开时间，t_current表示当前时刻。基于MACR值大的优先原则进行排队。在线充电方法，首先检测充电站内是否有新的电动汽车到达或者有电车完成充电离开充电站再或者到达检测周期，若有新的电车到达，首先更新队列q中所有电车的MACR值，然后计算新到达电车的MACR值并根据此MACR值将新到达的电车插入到队列q中，检测队列中的MACR值，若有MACR值超过阈值α_i，进入调解步骤，若没有求解问题(5)值更新每个正在充电的电车的充电功率x_ik；若充电站中有电车完成充电离开，首先更新队列q中所有电车的MACR值，并检测是否有MACR值超过阈值α_i，若有进入调解步骤，若没有按照MACR值大的优先原则从队列中取出电车开始充电，同时求解问题(5)更新所有充电电车的充电功率x_ik；若时间间隔到达检测周期t_α，更新队列q中所有的MACR值，并检测这些MACR值是否有超过阈值α_i，若有进入调解步骤，如果没有求解问题(5)更新x_ik。调解步骤，如果检测到有MACR值超过其阈值α_i，扫描所有正在充电的电车，如果它们剩余未完成的充电量C_ik不大于α_it_α，则将它们的充电功率拉到最大充电功率β_i以快速完成充电离开，让队列中的MACR值超出阈值的车辆开始充电。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种充电站电动汽车在线平稳充电方法，其特征在于，包括排队步骤，所述排队步骤包括如下步骤：

MACR值计算步骤：计算队列中所有等候充电的电动汽车的平均所需充电功率MACR值，队列中的第i辆电动汽车的平均所需充电功率记为MACR_i，并且能够通过计算得到；

排队序列步骤：将队列中所有等候充电的电动汽车按照MACR值由大至小排列作为排队顺序；

其中，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量；表示输入的第i辆电动汽车离开充电站的时刻；t_current表示当前时刻；i为正整数，k为非负整数；

所述第k个时间槽是指第k时刻至第k+1时刻的时间区间；

当k＝0时，第k时刻为充电站开始运行的时刻；

当k≠0时，第k时刻为自充电站开始运行起，第k次发生以下任一情况的时刻：

-有新的待充电电动汽车进入充电站；

-有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站；

-自第k-1时刻起，经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站。

2.根据权利要求1所述的充电站电动汽车在线平稳充电方法，其特征在于，还包括：

调解步骤：当存在MACR_i＞α_i的情况时，扫描全部正在充电的电动汽车，将所有在第k个时间槽内未完成的充电量C_ik不大于α_it_α的电动汽车的充电功率设置为能够承受的最大充电功率β_i，并将MACR_i＞α_i的电动汽车移动至排队顺序的顶部，优先进行充电；

其中，α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值；t_α为设定的时间阈值。

3.根据权利要求2所述的充电站电动汽车在线平稳充电方法，其特征在于，还包括在线充电步骤，所述在线充电步骤包括第一充电步骤、第二充电步骤以及第三充电步骤中的任一种或任多种组合，其中：

第一充电步骤：当有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序，随后根据更新的排队顺序取出电动汽车开始充电；

第二充电步骤：当有新的待充电电动汽车进入充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并计算新的待充电电动汽车的MACR值，将新的待充电电动汽车加入排队顺序，随后检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

第三充电步骤：当经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则进入调解步骤，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

其中α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值。

4.根据权利要求3所述的充电站电动汽车在线平稳充电方法，其特征在于，当排队步骤完成后，进行功率更新步骤；

功率更新步骤：通过第二公式计算得到第i个正在充电的电动汽车在第k个时间槽内的充电功率x_ik；

所述第二公式为：

第二公式满足：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t),

n_k≤N,k∈K(t),

其中， 分别表示h₁(x)的最大值、h₁(x)的最小值、h₂(x)的最大值、h₂(x)的最小值，c(k)表示第k个时间槽内的电价，I(k,t)表示t时刻第k个时间槽内正在充电的电动汽车的集合，x_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内的充电功率，δ_k,t表示t时刻所在的第k个时间槽的时长，表示充电站的平均充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率，K(t)表示截至t时刻为止所有时间槽的集合，β_i表示第i个电动汽车能够承受的最大充电功率，n_k表示第k个时间槽内在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻间时间槽的集合，T表示正在充电的电动汽车中需要的充电时间最久的电动汽车充电完成的时刻。

5.一种充电站电动汽车在线平稳充电系统，其特征在于，包括排队模块，所述排队模块包括：

MACR值计算子模块：计算队列中所有等候充电的电动汽车的平均所需充电功率MACR值，队列中的第i辆电动汽车的平均所需充电功率记为MACR_i，并且能够通过计算得到；

排队序列子模块：将队列中所有等候充电的电动汽车按照MACR值由大至小排列作为排队顺序；

其中，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量；表示第i辆电动汽车离开充电站的时刻；t_current表示当前时刻；i为正整数，k为非负整数；

所述第k个时间槽是指第k时刻至第k+1时刻的时间区间；

当k＝0时，第k时刻为充电站开始运行的时刻；

当k≠0时，第k时刻为自充电站开始运行起，第k次发生以下任一情况的时刻：

-有新的待充电电动汽车进入充电站；

-有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站；

-自第k-1时刻起，经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站。

6.根据权利要求5所述的充电站电动汽车在线平稳充电系统，其特征在于，还包括：

调解模块：当存在MACR_i＞α_i的情况时，即接收到调解信号时，扫描全部正在充电的电动汽车，将所有在第k个时间槽内未完成的充电量C_ik不大于α_it_α的电动汽车的充电功率设置为能够承受的最大充电功率β_i，并将MACR_i＞α_i的电动汽车移动至排队顺序的顶部，优先进行充电；

其中，α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值；t_α为设定的时间阈值。

7.根据权利要求6所述的充电站电动汽车在线平稳充电系统，其特征在于，还包括在线充电模块，所述在线充电模块能够通过第一充电子模块、第二充电子模块以及第三充电子模块中的任一种或任多种组合控制电动汽车进行充电；其中：

第一充电子模块：当有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序，随后根据更新的排队顺序取出电动汽车开始充电；

第二充电子模块：当有新的待充电电动汽车进入充电站时，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并计算新的待充电电动汽车的MACR值，将新的待充电电动汽车加入排队顺序，随后检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

第三充电子模块：当经过设定的检测周期t_α仍未出现有新的待充电电动汽车进入充电站，且未出现有正在充电的电动汽车完成充电离开充电站时，，更新排队顺序中所有电动汽车的MACR值，并检测是否存在MACR_i＞α_i的情况，若存在，则发送调解信号至调解模块，否则，则根据更新的MACR值进入排队步骤中的排队步骤更新排队顺序；

其中α_i为设定的第i个电动汽车的MACR阈值。

8.根据权利要求7所述的充电站电动汽车在线平稳充电系统，其特征在于，还包括：

功率更新模块：通过第二公式计算得到第i个正在充电的电动汽车在第k个时间槽内的充电功率x_ik；

所述第二公式为：

第二公式满足：

x_ik∈[0,β_i],i∈I(k,t),k∈K(t),

n_k≤N,k∈K(t),

其中， 分别表示h₁(x)的最大值、h₁(x)的最小值、h₂(x)的最大值、h₂(x)的最小值，c(k)表示第k个时间槽内的电价，I(k,t)表示t时刻第k个时间槽内正在充电的电动汽车的集合，x_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内的充电功率，δ_k,t表示t时刻第k个时间槽的时长，表示充电站的平均充电功率，C表示充电站可以承受的最大充电功率，K(t)表示截至t时刻为止所有时间槽的集合，β_i表示第i个电动汽车能够承受的最大充电功率，n_k表示第k个时间槽内在充电站中充电的电动汽车数量，N表示充电站中拥有的充电桩的数量，C_ik表示第i辆电动汽车在第k个时间槽内未完成的充电量，K(t,T)表示从t时刻到T时刻间时间槽的集合，T表示正在充电的电动汽车中需要的充电时间最久的电动汽车充电完成的时刻。