CN111391709B - 一种电动汽车换电站调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车换电站调度方法及系统。该方法包括：获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；根据电池充电功率和用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率；根据换电站总充电功率和换电站平均充电功率确定电池交换价格；根据电池交换价格和电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数；根据目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；根据优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。采用本发明的方法及系统，在实现电动汽车有序充换电的同时，能够提高对电力系统削峰填谷的功效。

Description

一种电动汽车换电站调度方法及系统

技术领域

本发明涉及优化调度技术领域，特别是涉及一种电动汽车换电站调度方法及系统。

背景技术

新能源汽车作为一种新型绿色交通工具，不同于传统汽车，电动汽车是由电能驱动电机作为动力的新能源汽车，因此，电池充换电站便是新能源电动汽车的“加油站”。

电动汽车的动力电池对于整个电力系统而言是把“双刃剑”。一方面由于电动汽车充电负荷的随机性，充电时间的不确定性，对电力系统的安全运行提出了更高的要求；同时，随着电动汽车的普及，由于对充电负荷无合理的优化控制和协调，大规模电动汽车充电负荷聚合，使的电网高峰负荷增加，峰谷差变大，不利于整个电力系统的安全、经济运行。另一方面由于动力电池的蓄能特性，可以为电网提供较好的备用资源，在高峰时期向电网放电，在低谷时期给动力电池充电，实现削峰填谷的作用；同时动力电池在消纳新能源方面也扮演着举足轻重的作用。

大规模电动汽车无序充电给电网带来的冲击将会对电网的稳定性和电能质量提出重大挑战。因此，如何对电动汽车优化调度实现电力系统的稳定运行是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车换电站调度方法及系统，在实现电动汽车有序充换电的同时，能够提高对电力系统削峰填谷的功效。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电动汽车换电站调度方法，包括：

获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；所述电池数据信息包括电池充电功率、电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量；

根据所述电池充电功率和所述用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率；

根据所述换电站总充电功率和所述换电站平均充电功率确定电池交换价格；

根据所述电池交换价格和所述电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数；

根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；所述约束条件包括电池健康状态约束、电池荷电状态约束、电池交换需求约束、充电电池数量约束和电池交换价格约束；

根据所述优化后的换电站内电池充电状态和所述优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。

可选的，所述根据所述电池充电功率和所述用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率，具体包括：

根据如下公式确定换电站总充电功率：

根据如下公式确定换电站平均充电功率：

式中，P_BSS,i表示i时段换电站总充电功率，P_av表示换电站的平均充电功率，P_i表示i时段电池充电功率，S_i表示i时段用户换电需求，T表示总时段。

可选的，所述根据所述换电站总充电功率和所述换电站平均充电功率确定电池交换价格，具体包括：

根据如下公式确定电池交换价格：

式中，pri_i表示i时段电池交换价格，pri_i-1表示i-1时段电池交换价格，step_pri表示价格步长，step_p表示功率步长，P_B'_SS,i表示换电站总充电功率的斜率。

可选的，所述根据所述电池交换价格和所述电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数，具体包括：

根据如下公式确定电动汽车换电站优化调度的目标函数：

maxI＝I_R+I_P-C

其中，

式中，I表示目标函数，I_R表示交换收益，I_P表示对电动汽车用户的惩罚，C表示换电站充电成本，D_i,k表示i时段第k类用户响应换电转移之后的电池交换需求，k表示用户类型，用户类型按照电池荷电状态划分为三类，m表示用户，SOC_m表示第m个用户电池荷电状态，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，M_m对电动汽车用户惩罚状态，R表示对于用户电池健康状态小于80％的单位惩罚费用，SOH₀表示换电站内电池健康状态，g_i表示电价，X_i,n,表示i时段换电站内第n个电池的充电状态，N表示换电站电池总数，Δt表示单位充电时长。

可选的，所述根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，具体包括：

根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求采用粒子群优化算法进行优化；

所述电池健康状态SOH约束公式如下：

0≤SOH≤100％

所述电池荷电状态SOC约束公式如下：

0≤SOC≤100％

所述电池交换需求约束公式如下：

D_i,k≤D_i,max

其中，

式中，D_i,max表示i时段交换电池的最大值，Q_i,k表示第k类用户i时段总换电需求电量，SOC_i,k表示i时段第k类用户电池荷电状态，Q_i,i表示i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j表示j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k表示第k类用户i时段价格变化前的需求电量，ε_i,i表示自弹性系数，ε_i,j表示互弹性系数，pri_i,0表示i时段优化前电池交换价格，pri_j表示j时段电池交换价格，ΔQ_i表示响应i时段需求电量的变化量，Q_i,0表示i时段原始需求电量，Δpri_i表示i时段电池交换价格变化量；

所述充电电池数量约束公式如下：

式中，CH_i,max表示i时段充电桩的最大值；

所述电池交换价格约束公式如下：

pri_min≤pri_i≤pri_max

P_BSS,min≤P_BSS,i≤P_BSS,max

E_min≤S_i≤E_max

式中，pri_min表示换电站最小交换价格，pri_max表示换电站最大交换价格，P_BSS,min表示换电站最小输出功率，P_BSS,max表示换电站最大输出功率，E_min表示换电站能够提供换电服务设备数量的最小值，E_max表示换电站能够提供换电服务设备数量的最大值；

所述约束条件，还包括：

式中，D_i+1表示换电转移之后i+1时段的电池交换需求。

本发明还提供一种电动汽车换电站调度系统，包括：

数据获取模块，用于获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；所述电池数据信息包括电池充电功率、电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量；

功率计算模块，用于根据所述电池充电功率和所述用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率；

电池交换价格计算模块，用于根据所述换电站总充电功率和所述换电站平均充电功率确定电池交换价格；

目标函数确定模块，用于根据所述电池交换价格和所述电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数；

优化模块，用于根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；所述约束条件包括电池健康状态约束、电池荷电状态约束、电池交换需求约束、充电电池数量约束和电池交换价格约束；

电动汽车换电站优化调度模块，用于根据所述优化后的换电站内电池充电状态和所述优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。

可选的，所述功率计算模块，具体包括：

根据如下公式确定换电站总充电功率：

根据如下公式确定换电站平均充电功率：

式中，P_BSS,i表示i时段换电站总充电功率，P_av表示换电站的平均充电功率，P_i表示i时段电池充电功率，S_i表示i时段用户换电需求，T表示总时段。

可选的，所述电池交换价格计算模块，具体包括：

根据如下公式确定电池交换价格：

式中，pri_i表示i时段电池交换价格，pri_i-1表示i-1时段电池交换价格，step_pri表示价格步长，step_p表示功率步长，P′_BSS,i表示换电站总充电功率的斜率。

可选的，所述目标函数确定模块，具体包括：

目标函数确定单元，用于根据如下公式确定电动汽车换电站优化调度的目标函数：

其中，

式中，I表示目标函数，I_R表示交换收益，I_P表示对电动汽车用户的惩罚，C表示换电站充电成本，D_i,k表示i时段第k类用户响应换电转移之后的电池交换需求，k表示用户类型，用户类型按照电池荷电状态划分为三类，m表示用户，SOC_m表示第m个用户电池荷电状态，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，M_m对电动汽车用户惩罚状态，R表示对于用户电池健康状态小于80％的单位惩罚费用，SOH₀表示换电站内电池健康状态，g_i表示电价，X_i,n,表示i时段换电站内第n个电池的充电状态，N表示换电站电池总数，Δt表示单位充电时长。

可选的，所述优化模块，具体包括：

优化单元，用于根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求采用粒子群优化算法进行优化；

所述电池健康状态SOH约束公式如下：

0≤SOH≤100％

所述电池荷电状态SOC约束公式如下：

0≤SOC≤100％

所述电池交换需求约束公式如下：

D_i,k≤D_i,max

其中，

式中，D_i,max表示i时段交换电池的最大值，Q_i,k表示第k类用户i时段总换电需求电量，SOC_i,k表示i时段第k类用户电池荷电状态，Q_i,i表示i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j表示j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k表示第k类用户i时段价格变化前的需求电量，ε_i,i表示自弹性系数，ε_i,j表示互弹性系数，pri_i,0表示i时段优化前电池交换价格，pri_j表示j时段电池交换价格，ΔQ_i表示响应i时段需求电量的变化量，Q_i,0表示i时段原始需求电量，Δpri_i表示i时段电池交换价格变化量；

所述充电电池数量约束公式如下：

式中，CH_i,max表示i时段充电桩的最大值；

所述电池交换价格约束公式如下：

pri_min≤pri_i≤pri_max

P_BSS,min≤P_BSS,i≤P_BSS,max

E_min≤S_i≤E_max

式中，pri_min表示换电站最小交换价格，pri_max表示换电站最大交换价格，P_BSS,min表示换电站最小输出功率，P_BSS,max表示换电站最大输出功率，E_min表示换电站能够提供换电服务设备数量的最小值，E_max表示换电站能够提供换电服务设备数量的最大值；

所述约束条件，还包括：

式中，D_i+1表示换电转移之后i+1时段的电池交换需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种电动汽车换电站调度方法及系统，根据电池充电功率和用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率；根据换电站总充电功率和换电站平均充电功率确定电池交换价格；根据电池交换价格和电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数；根据目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；根据优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度，在实现电动汽车有序充换电的同时，在提高换电站的收益的同时能够提高对电力系统削峰填谷的功效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电动汽车换电站调度方法流程图；

图2为本发明实施例中换电站优化调度框架示意图；

图3为本发明实施例中采用粒子群优化算法求解的流程图；

图4为本发明实施例中换电站收益迭代收敛图；

图5为本发明实施例中电动汽车换电站调度系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电动汽车换电站调度方法及系统，在实现电动汽车有序充换电的同时，能够提高对电力系统削峰填谷的功效。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

图1为本发明实施例中电动汽车换电站调度方法流程图，如图1所示，本发明提供一种电动汽车换电站调度方法，包括：

步骤101：获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；电池数据信息包括电池充电功率、电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量。

图2为换电站优化调度框架示意图，换电站作为电动汽车能源供给站，一方面将满电电池用于交换用户空电池；另一方面将交换的空电池进行充电。而电动汽车充换电具有时空随机性的特点，所以合理电价引导用户充换电对于整个电力系统安全运行具有重要作用。

由于不同类型电动汽车用户对换电价格的敏感程度不同，所以根据电池荷电状态SOC将用户分为三类：

电动汽车电池不断的在换电站和用户之间循环使用，随着电池的不断充放电以及折损老化，电池可用容量逐渐变小，用电池的健康状态SOH表征电池的健康程度：

其中，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，B_m为电池可用容量。

电池健康状态达到80％以下，换电站中电池将不在换电给用户，并且对于用户侧交换电池的健康状态低于80％时，则对用户进行惩罚，以防止用户对交换电池的潜在损坏。

步骤102：根据电池充电功率和用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率。

步骤102，具体包括：

根据如下公式确定换电站总充电功率：

根据如下公式确定换电站平均充电功率：

式中，P_BSS,i表示i时段换电站总充电功率，P_av表示换电站的平均充电功率，P_i表示i时段电池充电功率，S_i表示i时段用户换电需求，T表示总时段。

步骤103：根据换电站总充电功率和换电站平均充电功率确定电池交换价格。

步骤103，具体包括：

根据如下公式确定电池交换价格：

式中，pri_i表示i时段电池交换价格，pri_i-1表示i-1时段电池交换价格，step_pri表示价格步长，step_p表示功率步长，P′_BSS,i表示换电站总充电功率的斜率。

由于外部环境的不确定性、用户认识和处理信息能力的差异性，用户的决策过程存在认知偏差和偏好。电动汽车用户通过考虑支付成本和交换的电池的健康程度做出反应，定义用户自主响应意愿来表示反应程度：

r_n,k＝w₁·SOH_n,k+w₂·θ_n,kk＝1、2、3n＝1、2....N

w₁+w₂＝1

其中，r_n,k为第k类第n个汽车用户的响应意愿，w₁、w₂为权重因子，θ_n,k为第k类第n个汽车用户的支出费用满意度，N为换电站电池总数，SOH_n,k表示第k类第n个汽车用户电池健康状态，。

电动汽车用户对于交换价格的刺激，根据已获经验判断是否响应换电负荷转移，首先由用户自主选取权重因子，若用户选用电池健康状态高的电池，则w₁选值较大，w₂选值较小，若用户选用户支出费用满意度高，则w₁选值较小，w₂选值较大，由用户自主选择，保证了用户对于换电服务的满意度。

用户支出费用满意度：

C_i,0＝pri_i,0·(1-SOC)·SOH·Cap_j

C_i＝pri_i·(1-SOC)·SOH·Cap_j

其中，C_i,0为优化前的电池交换支出成本，C_i为优化时的电池交换支出成本，pri_i,0为优化前的电池交换价格，Cap_j表示电池的额定容量。

引入0-1整型变量表示电动汽车用户响应换电负荷转移和未响应换电负荷转移，当电动汽车用户的响应意愿值大于响应阈值时，则用二进制变量1表示，否则为0。建立电动汽车用户的状态模型如下:

其中，x_i,k为电动汽车用户响应换电转移状态，δ为电动汽车用户响应阈值，D′_i,k为未响应换电转移时k类用户的换电需求数量，S_i，K为第k类用户电动汽车用户总数。

电动汽车用户通过自身认识和处理信息能力的差异性，用户的决策过程存在认知偏差和偏好。其中一部分用户参与响应，一部分则选择离开此换电站，不参与换电转移，因此通过用户响应度来表示用户参与的程度。

用户响应度是参与优化调度的电动汽车用户与总的电动汽车用户的比值，是表示用户参与优化模型的程度。

所述用户响应度为：

D′_i＝D′_i,k＝1+D′_i,k＝2+D′_i,k＝3

S_i＝S_i,k＝1+S_i,k＝2+S_i,k＝1

其中，r_i表示i时刻用户响应度，D′_i'表示三类用户i时刻响应换电转移的电池需求，S_i表示i时刻三类用户总的换电需求数。

电动汽车换电负荷转移考虑了价格弹性系数、自弹性系数、互弹性系数，定义了换电负荷转移率。

电动汽车换电转移是指电动汽车用户在交换价格的刺激下，电池交换时刻发生转移，即由当前时刻转移到其它时刻进行电池交换或者由其它时刻转移到当前时刻进行电池交换。

价格弹性系数：是反映需求量对价格变动反应的灵敏度指标,是需求量变化的百分比与价格变化的百分比的比值。

自弹性系数：表示本时间段价格的变化对于本时间段需求电量的影响情况。

其中，ε_i,i为自弹性系数，ΔQ_i为响应i时刻需求电量的变化量，Q_i,0为i时刻原始需求电量，Δpri_i为i时段的交换价格变化量，pri_i,0为优化前的交换价格。

互弹性系数：表示j时间段价格的变化对于i时间段需求电量的影响情况。

其中，ε_i,j为互弹性系数，pri_j,0表示j时段优化前电池交换价格，Δpri_j表示j时段电池交换价格变化量。

将时间段分为峰、平、谷三个时期：对于不同类型的用户对交换价格敏感度不同，弹性矩阵E的存在的非零元素的分布也不同。三类用户的弹性矩阵E分别为：

其中，E_k＝1、E_k＝2和E_k＝3分别表示第一类、第二类和第三类用户的价格弹性矩阵。

因此由i时段价格的变化引起i时段需求电量为：

因此由j时段价格的变化引起i时段需求电量为：

所以i时段总的需求电量由i时段价格的变化引起i时段需求电量和由j时段价格的变化引起i时段需求电量叠加而成，所述i时段由价格引起的总的需求电量为：

其中，Q_i,k为第k类用户i时段的总的换电需求电量，Q_i,i为i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j为j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k为第k类用户i时段价格变化前的需求电量。

将所得总的需求电量折算为电池交换需求，即在交换价格下通过弹性矩阵引起交换需求的重新分配，每个时刻的交换需求为：

其中，D_i,k表示i时刻第k类用户价格响应之后的电池交换需求，SOC_i,k表示表示i时刻第k类用户的荷电状态。

全天三种用户各自的总的换电需求量：

其中，N_k＝1、N_k＝2和N_k＝3分别表示一天第k类用户发生换电转移的数量。

电动汽车用户综合考虑当前时间段和其它时间段价格选择最益于自身的换电时间段，定义换电转移率来表示电动汽车用户从当前时间段转移到其它时间段或者从其它时间段转移到当前时间段的程度。

换电转移率为：

其中，F_i表示用户转移率。D_i表示三类用户转移之后i时刻总的电池交换需求，D′_i表示三类用户i时刻响应换电转移的电池需求。

换电站收益目标函数及约束条件包括：考虑换电站交换收益、换电站充电成本以及对电动汽车用户的惩罚成本。建立以换电站收益最大为目标的效用函数，以换电站内电池充电状态为优化变量。

步骤104：根据电池交换价格和电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数。

步骤104，具体包括：

根据如下公式确定电动汽车换电站优化调度的目标函数：

其中，

式中，I表示目标函数，I_R表示交换收益，I_P表示对电动汽车用户的惩罚，C表示换电站充电成本，D_i,k表示i时段第k类用户响应换电转移之后的电池交换需求，k表示用户类型，用户类型按照电池荷电状态划分为三类，m表示用户，SOC_m表示第m个用户电池荷电状态，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，M_m对电动汽车用户惩罚状态，R表示对于用户电池健康状态小于80％的单位惩罚费用，SOH₀表示换电站内电池健康状态，g_i表示电价，X_i,n,表示i时段换电站内第n个电池的充电状态，N表示换电站电池总数，Δt表示单位充电时长。

步骤105：根据目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；约束条件包括电池健康状态约束、电池荷电状态约束、电池交换需求约束、充电电池数量约束和电池交换价格约束。

步骤105，具体包括：

根据目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求采用粒子群优化算法进行优化。

其中，采用粒子群优化算法的具体的方法步骤如图3所示，首先初始化换电站参数；其次判断用户是否响应换电站转移；然后弹性矩阵引起换电需求的重新分配；最后以换电站收益为粒子群适应度值，以电池充电状态为优化变量，通过更新粒子位置和速度选择全局最优，即合理的电池优化调度，通过MATLAB技术手段实现最优调度。最终得到的优化结果为电池最优换电以及最优充电，最优换电是指每个时刻的电池交换需求，即D_i,k，最优充电是指换电站内电池何时充电，即X_i,n,

电池健康状态SOH约束公式如下，电池健康状态满足0到100％的约束：

0≤SOH≤100％

电池荷电状态SOC约束公式如下，电池荷电状态满足0到100％的约束：

0≤SOC≤100％

电池交换需求约束公式如下，电池交换需求小于换电最大供给需求：

D_i,k≤D_i,max

其中，

式中，D_i,max表示i时段交换电池的最大值，Q_i,k表示第k类用户i时段总换电需求电量，SOC_i,k表示i时段第k类用户电池荷电状态，Q_i,i表示i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j表示j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k表示第k类用户i时段价格变化前的需求电量，ε_i,i表示自弹性系数，ε_i,j表示互弹性系数，pri_i,0表示i时段优化前电池交换价格，pri_j,0表示j时段优化前电池交换价格，pri_j表示j时段电池交换价格，ΔQ_i表示响应i时段需求电量的变化量，Q_i,0表示i时段原始需求电量，Δpri_i表示i时段电池交换价格变化量，Δpri_j表示j时段电池交换价格变化量；

充电电池数量约束公式如下，充电电池数量小于换电站充电桩：

式中，CH_i,max表示i时段充电桩的最大值；

电池交换价格约束公式如下：

pri_min≤pri_i≤pri_max

P_BSS,min≤P_BSS,i≤P_BSS,max

E_min≤S_i≤E_max

式中，pri_min表示换电站最小交换价格，pri_max表示换电站最大交换价格，P_BSS,min表示换电站最小输出功率，P_BSS,max表示换电站最大输出功率，E_min表示换电站能够提供换电服务设备数量的最小值，E_max表示换电站能够提供换电服务设备数量的最大值；

约束条件，还包括

下一时段(i+1)的电池交换需求约束，即当前时间段满电电池大于下一时段的交换需求，约束公式如下：

式中，D_i+1表示换电转移之后i+1时段的电池交换需求。

步骤106：根据优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。

如图4所示，通过本发明的换电站优化调度方法能够实现电动汽车的有序充换电，在提高换电站收益的同时实现电力系统的削峰填谷。

图5为本发明实施例中电动汽车换电站调度系统结构图。如图5所示，一种电动汽车换电站调度系统，包括：

数据获取模块201，用于获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；电池数据信息包括电池充电功率、电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量。

功率计算模块202，用于根据电池充电功率和用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率。

功率计算模块，具体包括：

根据如下公式确定换电站总充电功率：

根据如下公式确定换电站平均充电功率：

式中，P_BSS,i表示i时段换电站总充电功率，P_av表示换电站的平均充电功率，P_i表示i时段电池充电功率，S_i表示i时段用户换电需求，T表示总时段。

电池交换价格计算模块203，用于根据换电站总充电功率和换电站平均充电功率确定电池交换价格。

电池交换价格计算模块203，具体包括：

根据如下公式确定电池交换价格：

式中，pri_i表示i时段电池交换价格，pri_i-1表示i-1时段电池交换价格，step_pri表示价格步长，step_p表示功率步长，P_B'_SS,i表示换电站总充电功率的斜率。

目标函数确定模块204，用于根据电池交换价格和电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数。

目标函数确定模块204，具体包括：

目标函数确定单元，用于根据如下公式确定电动汽车换电站优化调度的目标函数：

其中，

式中，I表示目标函数，I_R表示交换收益，I_P表示对电动汽车用户的惩罚，C表示换电站充电成本，D_i,k表示i时段第k类用户响应换电转移之后的电池交换需求，k表示用户类型，用户类型按照电池荷电状态划分为三类，m表示用户，SOC_m表示第m个用户电池荷电状态，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，M_m对电动汽车用户惩罚状态，R表示对于用户电池健康状态小于80％的单位惩罚费用，SOH₀表示换电站内电池健康状态，g_i表示电价，X_i,n,表示i时段换电站内第n个电池的充电状态，N表示换电站电池总数，Δt表示单位充电时长。

优化模块205，用于根据目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；约束条件包括电池健康状态约束、电池荷电状态约束、电池交换需求约束、充电电池数量约束和电池交换价格约束。

优化模块205，具体包括：

优化单元，用于根据目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求采用粒子群优化算法进行优化；

电池健康状态SOH约束公式如下：

0≤SOH≤100％

电池荷电状态SOC约束公式如下：

0≤SOC≤100％

电池交换需求约束公式如下：

D_i,k≤D_i,max

其中，

式中，D_i,max表示i时段交换电池的最大值，Q_i,k表示第k类用户i时段总换电需求电量，SOC_i,k表示i时段第k类用户电池荷电状态，Q_i,i表示i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j表示j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k表示第k类用户i时段价格变化前的需求电量，ε_i,i表示自弹性系数，ε_i,j表示互弹性系数，pri_i,0表示i时段优化前电池交换价格，pri_j,0表示j时段优化前电池交换价格，pri_j表示j时段电池交换价格，ΔQ_i表示响应i时段需求电量的变化量，Q_i,0表示i时段原始需求电量，Δpri_i表示i时段电池交换价格变化量，Δpri_j表示j时段电池交换价格变化量；

充电电池数量约束公式如下：

式中，CH_i,max表示i时段充电桩的最大值；

电池交换价格约束公式如下：

pri_min≤pri_i≤pri_max

P_BSS,min≤P_BSS,i≤P_BSS,max

E_min≤S_i≤E_max

式中，pri_min表示换电站最小交换价格，pri_max表示换电站最大交换价格，P_BSS,min表示换电站最小输出功率，P_BSS,max表示换电站最大输出功率，E_min表示换电站能够提供换电服务设备数量的最小值，E_max表示换电站能够提供换电服务设备数量的最大值；

约束条件，还包括：

式中，D_i+1表示换电转移之后i+1时段的电池交换需求。

电动汽车换电站优化调度模块206，用于根据优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种电动汽车换电站调度方法，其特征在于，包括：

获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；所述电池数据信息包括电池充电功率、电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量；

根据所述电池充电功率和所述用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率，具体包括：

根据如下公式确定换电站总充电功率：

根据如下公式确定换电站平均充电功率：

式中，P_BSS,i表示i时段换电站总充电功率，P_av表示换电站的平均充电功率，P_i表示i时段电池充电功率，S_i表示i时段用户换电需求，T表示总时段；

根据所述换电站总充电功率和所述换电站平均充电功率确定电池交换价格，具体包括：

根据如下公式确定电池交换价格：

式中，pri_i表示i时段电池交换价格，pri_i-1表示i-1时段电池交换价格，step_pri表示价格步长，step_p表示功率步长，P′_BSS,i表示换电站总充电功率的斜率；

根据所述电池交换价格和所述电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数，具体包括：

根据如下公式确定电动汽车换电站优化调度的目标函数：

其中，

式中，I表示目标函数，I_R表示交换收益，I_P表示对电动汽车用户的惩罚，C表示换电站充电成本，D_i,k表示i时段第k类用户响应换电转移之后的电池交换需求，k表示用户类型，用户类型按照电池荷电状态划分为三类，m表示用户，SOC_m表示第m个用户电池荷电状态，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，M_m表示对电动汽车用户惩罚状态，R表示对于用户电池健康状态小于80％的单位惩罚费用，SOH₀表示换电站内电池健康状态，g_i表示电价，X_i,n,表示i时段换电站内第n个电池的充电状态，N表示换电站电池总数，Δt表示单位充电时长；

根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；所述约束条件包括电池健康状态约束、电池荷电状态约束、电池交换需求约束、充电电池数量约束和电池交换价格约束；

根据所述优化后的换电站内电池充电状态和所述优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。

2.根据权利要求1所述的电动汽车换电站调度方法，其特征在于，所述根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，具体包括：

根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求采用粒子群优化算法进行优化；

所述电池健康状态SOH约束公式如下：

0≤SOH≤100％

所述电池荷电状态SOC约束公式如下：

0≤SOC≤100％

所述电池交换需求约束公式如下：

D_i,k≤D_i,max

其中，

式中，D_i,max表示i时段交换电池的最大值，Q_i,k表示第k类用户i时段总换电需求电量，SOC_i,k表示i时段第k类用户电池荷电状态，Q_i,i表示i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j表示j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k表示第k类用户i时段价格变化前的需求电量，ε_i,i表示自弹性系数，ε_i,j表示互弹性系数，pri_i,0表示i时段优化前电池交换价格，pri_j表示j时段电池交换价格，ΔQ_i表示响应i时段需求电量的变化量，Q_i,0表示i时段原始需求电量，Δpri_i表示i时段电池交换价格变化量，pri_j,0表示j时段优化前电池交换价格，Δpri_j表示j时段电池交换价格变化量；

所述充电电池数量约束公式如下：

式中，CH_i,max表示i时段充电桩的最大值；

所述电池交换价格约束公式如下：

pri_min≤pri_i≤pri_max

P_BSS,min≤P_BSS,i≤P_BSS,max

E_min≤S_i≤E_max

式中，pri_min表示换电站最小交换价格，pri_max表示换电站最大交换价格，P_BSS,min表示换电站最小输出功率，P_BSS,max表示换电站最大输出功率，E_min表示换电站能够提供换电服务设备数量的最小值，E_max表示换电站能够提供换电服务设备数量的最大值；

所述约束条件，还包括：

式中，D_i+1表示换电转移之后i+1时段的电池交换需求。

3.一种电动汽车换电站调度系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取电动汽车的电池数据信息和用户换电需求；所述电池数据信息包括电池充电功率、电池荷电状态、电池健康状态和电池额定容量；

功率计算模块，用于根据所述电池充电功率和所述用户换电需求确定换电站总充电功率和换电站平均充电功率，具体包括：

根据如下公式确定换电站总充电功率：

根据如下公式确定换电站平均充电功率：

式中，P_BSS,i表示i时段换电站总充电功率，P_av表示换电站的平均充电功率，P_i表示i时段电池充电功率，S_i表示i时段用户换电需求，T表示总时段；

电池交换价格计算模块，用于根据所述换电站总充电功率和所述换电站平均充电功率确定电池交换价格，具体包括：

根据如下公式确定电池交换价格：

式中，pri_i表示i时段电池交换价格，pri_i-1表示i-1时段电池交换价格，step_pri表示价格步长，step_p表示功率步长，P′_BSS,i表示换电站总充电功率的斜率；

目标函数确定模块，用于根据所述电池交换价格和所述电池数据信息确定电动汽车换电站优化调度的目标函数，具体包括：

目标函数确定单元，用于根据如下公式确定电动汽车换电站优化调度的目标函数：

其中，

式中，I表示目标函数，I_R表示交换收益，I_P表示对电动汽车用户的惩罚，C表示换电站充电成本，D_i,k表示i时段第k类用户响应换电转移之后的电池交换需求，k表示用户类型，用户类型按照电池荷电状态划分为三类，m表示用户，SOC_m表示第m个用户电池荷电状态，SOH_m表示第m个用户电池健康状态，Cap_m表示第m个用户电池额定容量，M_m表示对电动汽车用户惩罚状态，R表示对于用户电池健康状态小于80％的单位惩罚费用，SOH₀表示换电站内电池健康状态，g_i表示电价，X_i,n,表示i时段换电站内第n个电池的充电状态，N表示换电站电池总数，Δt表示单位充电时长；

优化模块，用于根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求进行优化，得到优化后的换电站内电池充电状态和优化后的电池交换需求；所述约束条件包括电池健康状态约束、电池荷电状态约束、电池交换需求约束、充电电池数量约束和电池交换价格约束；

电动汽车换电站优化调度模块，用于根据所述优化后的换电站内电池充电状态和所述优化后的电池交换需求进行电动汽车换电站优化调度。

4.根据权利要求3所述的电动汽车换电站调度系统，其特征在于，所述优化模块，具体包括：

优化单元，用于根据所述目标函数和约束条件对换电站内电池充电状态和电池交换需求采用粒子群优化算法进行优化；

所述电池健康状态SOH约束公式如下：

0≤SOH≤100％

所述电池荷电状态SOC约束公式如下：

0≤SOC≤100％

所述电池交换需求约束公式如下：

D_i,k≤D_i,max

其中，

式中，D_i,max表示i时段交换电池的最大值，Q_i,k表示第k类用户i时段总换电需求电量，SOC_i,k表示i时段第k类用户电池荷电状态，Q_i,i表示i时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,j表示j时段价格变化引起i时段总的需求电量，Q_i,0,k表示第k类用户i时段价格变化前的需求电量，ε_i,i表示自弹性系数，ε_i,j表示互弹性系数，pri_i,0表示i时段优化前电池交换价格，pri_j表示j时段电池交换价格，ΔQ_i表示响应i时段需求电量的变化量，Q_i,0表示i时段原始需求电量，Δpri_i表示i时段电池交换价格变化量，pri_j,0表示j时段优化前电池交换价格，Δpri_j表示j时段电池交换价格变化量；

所述充电电池数量约束公式如下：

式中，CH_i,max表示i时段充电桩的最大值；

所述电池交换价格约束公式如下：

pri_min≤pri_i≤pri_max

P_BSS,min≤P_BSS,i≤P_BSS,max

E_min≤S_i≤E_max

式中，pri_min表示换电站最小交换价格，pri_max表示换电站最大交换价格，P_BSS,min表示换电站最小输出功率，P_BSS,max表示换电站最大输出功率，E_min表示换电站能够提供换电服务设备数量的最小值，E_max表示换电站能够提供换电服务设备数量的最大值；

所述约束条件，还包括：

式中，D_i+1表示换电转移之后i+1时段的电池交换需求。

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