CN111815017A - 一种基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,包括获取车辆出行的历史数据;对历史数据进行预处理,得到有效数据集;将研究范围划分为若干出行区域;采用随机抽样法确定车辆的出行规律;采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线;区分车辆类型,并划分不同类车辆的充电模式和充电特性;根据不同类车辆的特性,建立车辆充电负荷预测模型,利用该预测模型得到该区域电动汽车充电负荷曲线。本发明采用实际出行的数据分析车辆的出行规律和分布情况。与模拟数据相比,能更好地反映真实出行情况和出行需求,同时避免了数据冗余,提出的充电负荷预测模型能准确预测未来负荷。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域,尤其是一种基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法。
背景技术
随着能源行业的发展和环境污染问题的日益严峻,电动汽车作为一种新型交通工具,在减少二氧化碳排放和缓解能源危机方面具有巨大优势,受到了各国政府和学者的关注。根据国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划》,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量到2020年将超过500万辆。然而,电动汽车的大规模普及将对电力系统运行带来重大影响,同时加剧负荷的峰谷差,增加电网运行优化控制的难度。因此,预测充电需求的时空分布,定量分析电动汽车对电网的影响,将为研究电动汽车控制策略模型和促进电力系统安全稳定运行提供重要参考。
专利号为CN201910725799.3的中国专利“一种基于蒙特卡洛和深度学习的电动汽车充电负荷预测方法”,提出了一种电动汽车充电负荷曲线的预测方法,该方法考虑了不同的车辆类型对充电模式的影响,并利用蒙特卡洛法确定车辆参数,采用深度学习的方法对历史负荷曲线进行学习和预测。但其车辆特征的建立主要根据经验进行假设,并没有基于现实数据进行分析。
发明内容
本发明提供了一种基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,用于解决现有负荷预测不够准确的问题。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
本发明第一方面提供了一种基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,所述方法包括以下步骤:
获取车辆出行的历史数据,所述历史数据包括车辆的出行时间、出行位置和行程耗时;
对所述历史数据进行预处理,得到有效数据集;
将研究范围划分为若干出行区域;
采用随机抽样法确定车辆的出行规律;
采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线;
区分车辆类型,并划分不同类车辆的充电模式和充电特性;
根据不同类车辆的特性,建立车辆充电负荷预测模型,利用该预测模型得到该区域电动汽车充电负荷曲线。
进一步地,所述对历史数据进行预处理包括:
删除原始数据中的无效数据;
根据研究范围,选择起止位置在该研究范围内的出行数据;
删除出行时间小于设定时间阈值的出行数据;
将原始数据建立日数据模块,根据日期类型的差异对出行数据进行分别存储。
进一步地,采用蒙特卡洛随机抽样法确定车辆出行规律,具体过程为:
根据所述历史数据,得到车辆出行的起止时间和起止点位置信息;
根据所述起止点位置的经纬度判断起止点所在的区域,建立车辆出发数据集和到达数据集;
利用蒙特卡洛随机抽样法,从所述出发数据集和到达数据集中得到每个车辆的出行规律。
进一步地,采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线的具体过程为:
a.确定初始节点、目标节点、未访问节点集合和已访问节点集合,为每个节点分配一个初始距离,设初始节点为当前节点;
b.计算未访问节点集合中所有未访问的相邻节点与当前节点的距离,比较计算的距离值与所述初始距离的大小,得到最小距离值;
c.将当前节点归入已访问节点集合,并将其从未访问节点集合中移除;
d.判断目标节点是否属于已访问节点集合,若是,则算法完成;
e.若否,选择所述最小距离值对应的未访问节点,并将其设为当前节点,返回步骤b。
进一步地,所述车辆类型包括私家车、出租车和公务车。
进一步地,所述建立车辆充电负荷预测模型的具体过程为:
设车辆出行时负荷状态随行驶距离的变化为
车辆行驶过程中的充电约束条件为
式中,λm为不同车辆类型的里程焦虑系数;
车辆在不满足上述充电约束条件时,充电模型为
式中,为车辆x在出发地iO快速充电所花费的时间,为车辆x在出发地iO慢速充电所花费的时间,ηC为车辆的充电效率;Pfast为车辆的快充功率,Pslow为车辆的慢充功率,P为私家车的集合,T为出租车的集合,V为公务车的集合。
进一步地,所述车辆充电负荷预测模型还包括:
车辆在到达目的地的充电约束条件为
式中,SOCmin为车辆最小荷电状态;
车辆在不满足上述约束条件时,充电模型为
进一步地,所述充电负荷曲线为:
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果,而不是发明所有的全部效果,上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:
本发明采用滴滴出行的数据分析车辆的出行规律和分布情况。与模拟数据相比,能更好地反映真实出行情况和出行需求,同时避免了数据冗余;本发明考虑出行过程中的出发位置、目的地位置和出行时间信息,结合路线选择方法,利用历史数据分析得到符合实际情况的出行规律,提出的充电负荷预测模型能准确预测未来负荷。
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,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意,在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示,本发明于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,方法包括以下步骤:
S1,获取车辆出行的历史数据,所述历史数据包括车辆的出行时间、出行位置和行程耗时;
S2,对所述历史数据进行预处理,得到有效数据集;
S3,将研究范围划分为若干出行区域;
S4采用随机抽样法确定车辆的出行规律;
S5,采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线;
S6,区分车辆类型,并划分不同类车辆的充电模式和充电特性;
S7,根据不同类车辆的特性,建立车辆充电负荷预测模型,利用该预测模型得到该区域电动汽车充电负荷曲线。
步骤S1中,历史数据可通过滴滴出行“盖亚”数据开放计划获取,包括每个订单的起止时间。起止点经纬度等信息。
步骤S2中,对历史数据进行预处理包括:
删除原始数据中的无效数据;
根据研究范围,选择起止位置在该研究范围内的出行数据;
删除出行时间小数设定时间阈值的出行数据;
将原始数据建立日数据模块,根据日期类型的差异对出行数据进行分别存储。分为工作日和周末。此后对车辆出行规律的预测也分为工作日和周末两类情况处理。
步骤S3中,由于原始出行位置较为离散,不易进行大规模的计算和应用,因此考虑将出行位置划分为几个范围适度的区域,并在划分的区域维度进行以下分析。划分区域时应注意区域的范围不能过小,防止每个区域的出行数量过少,导致无效数据冗杂和计算量过大。但也要防止区域范围过大,导致区域之间的出行路线和时间难以统计。划分区域划分好的区域编号方式如下所示。
式中,R(I)为区域网格的集合;R(i)表示每个区域具体位置,即所在区域经纬度的范围;i为每个区域的编号;I为区域网格的总个数。
步骤S4中,利用历史数据,对车辆的起始时间和起始点位置进行统计,从而得到车辆的出行规律。每个车辆订单的起止时间和起始点位置的统计结果可以由如下集合表示:
根据订单起止位置的经纬度判断其起止点所在的区域,并建立车辆出发数据集和到达数据集,具体如下所示:
根据对历史出行信息的统计,得到车辆出行的历史规律,再利用蒙特卡洛随机抽样法,从出发数据集和到达数据集中为每个车辆分配其出行信息,如下所示:
步骤S5中,采用图论的方法对交通网络进行建模,交通网络的模型包含区域和区域之间的距离,采用矩阵的方式对其进行描述。交通网络矩阵如下所示:
式中,dij为区域i与区域j之间的路程距离,其中当两个区域之间不相邻或是没有直接的道路时,两者之间的距离设为无穷大。
从原点到终点的行程可以看作是从一个区域节点到另一个区域节点。然而,在两个区域网格之间通常有多个路径。为了减少出行距离,采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线,其具体过程为:
a.确定初始节点、目标节点、未访问节点集合和已访问节点集合,为每个节点分配一个初始距离,设初始节点为当前节点;
b.计算未访问节点集合中所有未访问的相邻节点与当前节点的距离,比较计算的距离值与所述初始距离的大小,得到最小距离值;
c.将当前节点归入已访问节点集合,并将其从未访问节点集合中移除;
d.判断目标节点是否属于已访问节点集合,若是,则算法完成;
e.若否,选择所述最小距离值对应的未访问节点,并将其设为当前节点,返回步骤b。
步骤S6中,根据充电速率,将充电模式分为快速充电模式和慢速充电模式;根据出行特征将车辆进行分类,包括私家车、出租车和公务车三种。
私家车:在工作日,该种车辆主要用于工作和通勤,出行时间有很强的规律性,多集中于早晚高峰时期,且车辆在到达目的地后,有较长时间进行充电。在双休日,该类车辆多用于私人出游,出行时间不太固定。
出租车:根据电动出租车的商业特性,其出行时间较为离散,出行路线比较灵活,且由于其商业需求,该类车辆需尽快完成充电行为。
公务车:根据其社会需求,该类车辆的起始点相对固定,并且提前规划其出行路线。此外,该类车辆到达目的地时具有较多时间进行充电,可采用慢充模式。
步骤S7中,根据不同类车辆的特性,建立车辆充电负荷预测模型。
根据电池容量的统计数据,车辆初始荷电状态服从正态分布,如下所示:
此外,假设车辆出行时荷电状态随行驶距离的变化如下所示:
根据车辆荷电状态判断何时进行充电行为。由于社会经济属性的不同,不同类型的电动汽车可以选择不同的充电方式。对于所有类型的电动汽车,电池容量需确保车辆可以完成整个行程。因此,如果行程开始时车辆荷电状态不能满足交通需求,将触发充电设置,数学公式如下所示:
式中,λm为不同车辆类型的里程焦虑系数。
若车辆此时的状态不满足上式的约束条件,私家车和出租车会立即选择就近的充电站在快速充电模式下充电,而公务车则将选择在慢速充电模式下充电,直至电量满足接下来的出行需求或是充满电。具体如下所示:
式中,为车辆x在出发地iO快速充电所花费的时间,为车辆x在出发地iO慢速充电所花费的时间,ηC为车辆的充电效率;Pfast为车辆的快充功率,Pslow为车辆的慢充功率,P为私家车的集合,T为出租车的集合,V为公务车的集合。
当电动汽车到达终点时,车辆荷电状态下降到某个阈值,电动汽车将选择在目的地充电,相关约束如下:
式中,SOCmin为车辆最小荷电状态。
若车辆此时的状态不满足上式,私家车和公务车会立即选择就近的充电站在慢速充电模式下充满电,而出租车则将选择在快速充电模式下充电。具体如下所示:
利用充电负荷预测模型得到该区域电动汽车充电负荷曲线,各区域电网的总充电负荷的表达式为:
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,其特征是,所述方法包括以下步骤:
获取车辆出行的历史数据,所述历史数据包括车辆的出行时间、出行位置和行程耗时;
对所述历史数据进行预处理,得到有效数据集;
将研究范围划分为若干出行区域;
采用随机抽样法确定车辆的出行规律;
采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线;
区分车辆类型,并划分不同类车辆的充电模式和充电特性;
根据不同类车辆的特性,建立车辆充电负荷预测模型,利用该预测模型得到该区域电动汽车充电负荷曲线。
2.根据权利要求1所述基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,其特征是,对所述历史数据进行预处理包括:
删除原始数据中的无效数据;
根据研究范围,选择起止位置在该研究范围内的出行数据;
删除出行时间小于设定时间阈值的出行数据;
将原始数据建立日数据模块,根据日期类型的差异对出行数据进行分别存储。
3.根据权利要求1所述基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,其特征是,采用蒙特卡洛随机抽样法确定车辆出行规律,具体过程为:
根据所述历史数据,得到车辆出行的起止时间和起止点位置信息;
根据所述起止点位置的经纬度判断起止点所在的区域,建立车辆出发数据集和到达数据集;
利用蒙特卡洛随机抽样法,从所述出发数据集和到达数据集中得到每个车辆的出行规律。
4.根据权利要求1所述基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,其特征是,采用Dijkstra最短路径算法建立路径选择模型,确定车辆的出行路线的具体过程为:
a.确定初始节点、目标节点、未访问节点集合和已访问节点集合,为每个节点分配一个初始距离,设初始节点为当前节点;
b.计算未访问节点集合中所有未访问的相邻节点与当前节点的距离,比较计算的距离值与所述初始距离的大小,得到最小距离值;
c.将当前节点归入已访问节点集合,并将其从未访问节点集合中移除;
d.判断目标节点是否属于已访问节点集合,若是,则算法完成;
e.若否,选择所述最小距离值对应的未访问节点,并将其设为当前节点,返回步骤b。
5.根据权利要求1所述基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,其特征是,所述车辆类型包括私家车、出租车和公务车。
6.根据权利要求5所述基于出行数据的电动汽车充电负荷预测方法,其特征是,所述建立车辆充电负荷预测模型的具体过程为:
设车辆出行时负荷状态随行驶距离的变化为
车辆行驶过程中的充电约束条件为
式中,λm为不同车辆类型的里程焦虑系数;
车辆在不满足上述充电约束条件时,充电模型为
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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