CN113379141A - 一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法 - Google Patents

一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法 Download PDF

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CN113379141A CN202110697301.4A CN202110697301A CN113379141A CN 113379141 A CN113379141 A CN 113379141A CN 202110697301 A CN202110697301 A CN 202110697301A CN 113379141 A CN113379141 A CN 113379141A
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Abstract

本发明公开了一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,包括S1:获取第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,根据其计算电动汽车用户充电需求;S2:若电动汽车用户有充电需求,则进行距离最短优先的电动汽车充电路径计算,得到行驶距离最短的电动汽车充电路径;S3:计算电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间、电动汽车充电时间、充电站内的充电桩可用时间,得到距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间;S4:以所有电动汽车距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,构建电网充电负载均衡性和电动汽车用户体验约束,进行充电路径优化。

Description

一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优 化方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电路径优化与智能引导技术领域,具体涉及一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法。
背景技术
随着能源短缺、全球气候变暖、生态环境恶化等问题日益突出,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系已迫在眉睫。在交通用能方面,汽车产品以消耗石油、天然气等可不再生的化石燃料为主,是排放二氧化碳的大户。作为新能源汽车的重要类型,电动汽车能源利用率高、且无移动废气排放,是一种环境友好型交通工具。因此,提高电动汽车在交通用能的比例,是降低石油对外依存度、助推能源低碳转型、保证国家能源安全的重要举措。
近年来,在相关政策与补贴的支持下,我国电动汽车规模发展迅速,呈持续高速增长趋势。据交通管理局统计数据显示,截至2020年底,全国新能源汽车保有量达492万辆,占汽车总量的1.75%,比2019年增加111万辆,增长29.18%。其中,纯电动汽车保有量400 万辆,占新能源汽车总量的81.32%。随着电池储能与可再生能源相关技术的进一步发展,电动汽车将规模化涌现。
相比传统燃油汽车,电动汽车有以下两个突出特点:(1)车载蓄电池容量有限,长距离出行的用户需要在途中选择充电站进行充电;(2)能量补给时间更长,充电站内车辆数较多时容易出现排队等待的现象。在无引导的情况下,用户通常选择距离最近的充电站进行充电。这种无序的充电选择方式,会导致较多的电动汽车在同一时段内选择同一个充电站点,从而出现较长的排队等候时间,影响用户体验。另一方面,电动汽车在一个充电站拥挤充电会造成电网负载极度不平衡,影响电网运行的安全性。因此,对同一时段内有充电需求的电动汽车充电路径进行优化,可以更合理地选择充电点,有效避免拥挤排队,提高用户体验,同时提升电网负载的均衡性。
目前,关于电动汽车的充电路径优化方法仅考虑了整体时间最小,未能考虑电网负载的均衡性,而且在整体电动汽车充电路径优化时存在个别用户体验较差的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是目前关于电动汽车的充电路径优化方法仅考虑了时长维度,并未考虑电网负载的均衡性和用户体验满意度,本发明目的在于提供一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,综合考虑电网负载均衡性和每个电动汽车的用户体验,实现电动汽车充电路径的优化,提高电网运行的安全性,同时最大化节省用户的行驶时间与排队时间,避免出现个别用户体验极差的现象。
本发明通过下述技术方案实现:
一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,该方法包括以下步骤:
S1:获取第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,根据所述当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,计算电动汽车用户充电需求;
S2:若电动汽车用户有充电需求,则进行第i辆电动汽车的距离最短优先的电动汽车充电路径计算,得到行驶距离最短的电动汽车充电路径;
S3:基于所述行驶距离最短的电动汽车充电路径,计算第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间、电动汽车充电时间、充电站内的充电桩可用时间,得到距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间;
S4:以所有电动汽车的距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,构建电网充电负载均衡性约束和电动汽车用户体验约束,进行电动汽车充电路径优化,得到每个电动汽车用户的最优充电路径以及充电站。
基于目前关于电动汽车的充电路径优化方法仅考虑了时长维度,并未考虑电网负载的均衡性和用户体验满意度的问题,本发明设计了一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,综合考虑电网负载均衡性和每个电动汽车的用户体验,实现电动汽车充电路径的优化,提高电网运行的安全性,同时最大化节省用户的行驶时间与排队时间,避免出现个别用户体验极差的现象。
进一步地,步骤S1包括以下子步骤:
S11,基于第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量以及最小剩余电量,对电动汽车的最大剩余行驶距离进行估算,其计算公式为:
Figure BDA0003128357170000021
其中,
Figure BDA0003128357170000022
为第i辆电动汽车的最大剩余行驶距离;Hi为第i辆电动汽车当前的剩余电量;
Figure BDA0003128357170000023
为第i辆电动汽车的最小剩余电量;λi为第i辆电动汽车行驶单位距离的用电量系数;
S12,基于Floyd算法,计算电动汽车从出发点到目的地的最短路径,其计算公式为:
Figure BDA0003128357170000024
其中,
Figure BDA0003128357170000025
为第i辆电动汽车从出发点到目的地的最短距离;Si为第i辆电动汽车的出发节点;Ei为第i辆电动汽车的目的地节点;
Figure BDA0003128357170000026
为节点Si到节点Ei的距离;
S13,基于所述最大剩余行驶距离和所述最短路径,对第i辆电动汽车的充电需求进行判断:
如果所述最大剩余行驶距离
Figure BDA0003128357170000031
小于所述最短路径
Figure BDA0003128357170000032
则电动汽车用户在行驶途中需要充电;反之,电动汽车用户无需充电。
进一步地,步骤S2中进行第i辆电动汽车的距离最短优先的电动汽车充电路径计算,是以行驶距离最短为目标函数,并以充电节点可到达和目的地节点可到达为约束,优化选择电动汽车充电路径。
进一步地,所述以行驶距离最短为目标函数,目标函数计算公式如下:
Figure BDA0003128357170000033
其中,Ci为第i辆电动汽车选择的充电站所在节点;
Figure BDA0003128357170000034
为节点Si到节点Ci的距离;
Figure BDA0003128357170000035
为节点Ci到节点Ei的距离;
所述以充电节点可到达和目的地节点可到达为约束,充电节点可到达约束为:
Figure BDA0003128357170000036
目的地节点可到达约束为:
Figure BDA0003128357170000037
Figure BDA0003128357170000038
其中,
Figure BDA0003128357170000039
为第i辆电动汽车充满电后的最大行驶距离;
Figure BDA00031283571700000310
为第i辆电动汽车的最大车载电量。
进一步地,步骤S3中的所述距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间的计算公式为:
Figure BDA00031283571700000311
Figure BDA00031283571700000312
其中,
Figure BDA00031283571700000313
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间和电动汽车充电时间的总和;
Figure BDA00031283571700000314
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩节点的行驶时间;
Figure BDA00031283571700000315
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的排队等待时间;
Figure BDA00031283571700000316
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的充电时间;
Figure BDA00031283571700000317
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从充电点到目的地节点的时间。
进一步地,步骤S3包括以下子步骤:
S31:基于所述行驶距离最短的电动汽车充电路径,计算第i辆电动汽车从出发点到达充电桩时长,公式如下:
Figure BDA0003128357170000041
Figure BDA0003128357170000042
其中,
Figure BDA0003128357170000043
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到达充电节点Ci的时间;
Figure BDA0003128357170000044
第i辆电动汽车的出发时间;
Figure BDA0003128357170000045
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电节点的时间;vi为第i辆电动汽车的平均速度;
S32:统计距离最短优先充电路径下每个充电站达到的车辆,并根据到达充电站的时间先后进行排序;
S33:依次计算到达充电站的电动汽车进行排队等候时间,公式如下:
Figure BDA0003128357170000046
Figure BDA0003128357170000047
其中,
Figure BDA0003128357170000048
为距离最短优先充电路径下充电站第m个充电桩的可用时间;
Figure BDA0003128357170000049
为距离最短优先充电路径下充电站的最早可用时间;
Figure BDA00031283571700000410
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的排队等待时间;
S34:依次计算到达充电站的电动汽车充电时间,公式如下:
Figure BDA00031283571700000411
其中,
Figure BDA00031283571700000412
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的充电时间;Pi为第i辆电动汽车的平均充电功率;
S35:更新距离最短优先充电路径下每个充电站内的充电桩可用时间,公式如下:
Figure BDA00031283571700000413
S36:根据距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间
Figure BDA00031283571700000414
排队等候时间
Figure BDA00031283571700000415
和电动汽车充电时间
Figure BDA00031283571700000416
计算距离最短优先充电路径下电动汽车总时间。
进一步地,步骤S4中以所有电动汽车的距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,目标函数计算公式如下:
Figure BDA0003128357170000051
ΔTi sum=ΔTi SC+ΔTi wait+ΔTi chg+ΔTi CE
其中,G为参与充电路径优化的电动汽车总数量;ΔTi sum为兼顾电网负载均衡性与用户体验充电路径下第i辆电动汽车的行驶时间、排队等候时间和充电时间的总和;ΔTi SC为第i辆电动汽车从出发点到充电节点的时间;ΔTi wait为第i辆电动汽车的排队等候时间;
Figure BDA0003128357170000052
为充电站第m个充电桩的可用时间;ΔTi CE为第i辆电动汽车从充电点到目的地节点的时间。
进一步地,步骤S4中构建的电网充电负载均衡性约束如下:
Figure BDA0003128357170000053
Figure BDA0003128357170000054
其中,ψmin为电网充电负载平衡指标的最小需求值;ψt为第t时段电网充电负载平衡指标值;T为充电站充电工作的总时段数;K为充电站的总个数;
Figure BDA0003128357170000055
为第k个充电站的充电桩个数;Nt,k为第t时段第k个充电站正在充电的电动汽车个数。
进一步地,步骤S4中构建的电动汽车用户体验约束如下:
Figure BDA0003128357170000056
其中,ΔTue为单个电动汽车用户相比距离最短优先充电路径可承受的最大牺牲时间。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明综合考虑电网负载均衡性和每个电动汽车的用户体验,实现电动汽车充电路径的优化,提高电网运行的安全性,同时最大化节省用户的行驶时间与排队时间,避免出现个别用户体验极差的现象。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,附图1为本发明提出的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法的流程示意图,以下结合图1,对本发明方法进行详细描述。
本发明一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,包括:
S1:获取第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,根据所述当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,计算电动汽车用户充电需求;具体地:步骤S1包括以下子步骤:
S11,基于第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量以及最小剩余电量,对电动汽车的最大剩余行驶距离进行估算,其计算公式为:
Figure BDA0003128357170000061
其中,
Figure BDA0003128357170000062
为第i辆电动汽车的最大剩余行驶距离;Hi为第i辆电动汽车当前的剩余电量;
Figure BDA0003128357170000063
为第i辆电动汽车的最小剩余电量;λi为第i辆电动汽车行驶单位距离的用电量系数;
S12,基于Floyd算法,计算电动汽车从出发点到目的地的最短路径,其计算公式为:
Figure BDA0003128357170000064
其中,
Figure BDA0003128357170000065
为第i辆电动汽车从出发点到目的地的最短距离;Si为第i辆电动汽车的出发节点;Ei为第i辆电动汽车的目的地节点;
Figure BDA0003128357170000066
为节点Si到节点Ei的距离;
S13,基于所述最大剩余行驶距离和所述最短路径,对第i辆电动汽车的充电需求进行判断:
如果所述最大剩余行驶距离
Figure BDA0003128357170000067
小于所述最短路径
Figure BDA0003128357170000068
则电动汽车用户在行驶途中需要充电;反之,电动汽车用户无需充电。
S2:若电动汽车用户有充电需求,则进行第i辆电动汽车的距离最短优先的电动汽车充电路径计算,得到行驶距离最短的电动汽车充电路径;具体地,步骤S2包括以下子步骤:
S21,以行驶距离最短为目标函数,并以充电节点可到达和目的地节点可到达为约束,优化选择电动汽车充电路径;目标函数计算公式如下:
Figure BDA0003128357170000069
其中,Ci为第i辆电动汽车选择的充电站所在节点;
Figure BDA00031283571700000610
为节点Si到节点Ci的距离;
Figure BDA00031283571700000611
为节点Ci到节点Ei的距离;
S22,建立充电节点可到达约束如下:
Figure BDA0003128357170000071
S23,建立目的地节点可到达约束如下:
Figure BDA0003128357170000072
Figure BDA0003128357170000073
其中,
Figure BDA0003128357170000074
为第i辆电动汽车充满电后的最大行驶距离;
Figure BDA0003128357170000075
为第i辆电动汽车的最大车载电量。
S3:基于所述行驶距离最短的电动汽车充电路径,计算第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间、电动汽车充电时间、充电站内的充电桩可用时间,得到距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间;具体地,步骤S3包括以下子步骤:
S31:基于所述行驶距离最短的电动汽车充电路径,计算第i辆电动汽车从出发点到达充电桩时长,公式如下:
Figure BDA0003128357170000076
Figure BDA0003128357170000077
其中,
Figure BDA0003128357170000078
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到达充电节点Ci的时间;
Figure BDA0003128357170000079
第i辆电动汽车的出发时间;
Figure BDA00031283571700000710
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电节点的时间;vi为第i辆电动汽车的平均速度;
S32:统计距离最短优先充电路径下每个充电站达到的车辆,并根据到达充电站的时间先后进行排序;
S33:依次计算到达充电站的电动汽车进行排队等候时间,公式如下:
Figure BDA00031283571700000711
Figure BDA00031283571700000712
其中,
Figure BDA00031283571700000713
为距离最短优先充电路径下充电站第m个充电桩的可用时间;
Figure BDA00031283571700000714
为距离最短优先充电路径下充电站的最早可用时间;
Figure BDA00031283571700000715
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的排队等待时间;
S34:依次计算到达充电站的电动汽车充电时间,公式如下:
Figure BDA00031283571700000716
其中,
Figure BDA00031283571700000717
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的充电时间;Pi为第i辆电动汽车的平均充电功率;
S35:更新距离最短优先充电路径下每个充电站内的充电桩可用时间,公式如下:
Figure BDA0003128357170000081
S36:根据距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间
Figure BDA0003128357170000082
排队等候时间
Figure BDA0003128357170000083
和电动汽车充电时间
Figure BDA0003128357170000084
计算距离最短优先充电路径下电动汽车总时间;其中,所述距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间的计算公式为:
Figure BDA0003128357170000085
Figure BDA0003128357170000086
其中,
Figure BDA0003128357170000087
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间和电动汽车充电时间的总和;
Figure BDA0003128357170000088
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩节点的行驶时间;
Figure BDA0003128357170000089
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的排队等待时间;
Figure BDA00031283571700000810
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的充电时间;
Figure BDA00031283571700000811
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从充电点到目的地节点的时间。
S4:以所有电动汽车的距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,构建电网充电负载均衡性约束和电动汽车用户体验约束,进行电动汽车充电路径优化,得到每个电动汽车用户的最优充电路径以及充电站的选择方案。具体地,步骤S4包括以下子步骤:
S41:以所有电动汽车的距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,优化选择电动汽车充电路径,目标函数计算公式如下:
Figure BDA00031283571700000812
ΔTi sum=ΔTi SC+ΔTi wait+ΔTi chg+ΔTi CE
其中,G为参与充电路径优化的电动汽车总数量;ΔTi sum为兼顾电网负载均衡性与用户体验充电路径下第i辆电动汽车的行驶时间、排队等候时间和电动汽车充电时间的总和;ΔTi SC为第i辆电动汽车从出发点到充电节点的时间;ΔTi wait为第i辆电动汽车的排队等待时间;
Figure BDA00031283571700000813
为充电站第m个充电桩的可用时间;ΔTi CE为第i辆电动汽车从充电点到目的地节点的时间。
S42:建立电网充电负载均衡性约束:
Figure BDA00031283571700000814
Figure BDA0003128357170000091
其中,ψmin为电网充电负载平衡指标的最小需求值;ψt为第t时段电网充电负载平衡指标值;T为充电站充电工作的总时段数;K为充电站的总个数;
Figure BDA0003128357170000092
为第k个充电站的充电桩个数;Nt,k为第t时段第k个充电站正在充电的电动汽车个数。
S43:建立电动汽车用户体验约束:
Figure BDA0003128357170000093
其中,ΔTue为单个电动汽车用户相比距离最短优先充电路径可承受的最大牺牲时间。
S44:建立充电节点可到达约束:
Figure BDA0003128357170000094
S45:建立目的地节点可到达约束:
Figure BDA0003128357170000095
Figure BDA0003128357170000096
S46:兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车到达充电桩时间计算:
Figure BDA0003128357170000097
Figure BDA0003128357170000098
S47:统计兼顾电网负载均衡性与用户体验充电路径下每个充电站达到的车辆,并根据达到充电站的时间先后进行排序。
S48:依次对达到充电站的电动汽车进行等候时间:
Figure BDA0003128357170000099
Figure BDA00031283571700000910
其中,
Figure BDA00031283571700000911
为充电站的最早可用时间。
S49:依次对达到充电站的电动汽车充电时间计算:
Figure BDA00031283571700000912
S410:更新每个充电站内的充电桩可用时间:
Figure BDA00031283571700000913
S411:计算电动汽车从充电节点到目的地节点的时间:
ΔTi sum=ΔTi SC+ΔTi wait+ΔTi chg+ΔTi CE
Figure BDA0003128357170000101
由以上步骤S41至S411,得到每个电动汽车用户的最优充电路径以及充电站。
S5:输出所述每个电动汽车用户的最优充电路径以及充电站的选择方案。
本发明设计了一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,综合考虑电网负载均衡性和每个电动汽车的用户体验,实现电动汽车充电路径的优化,提高电网运行的安全性,同时最大化节省用户的行驶时间与排队时间,避免出现个别用户体验极差的现象。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1:获取第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,根据所述当前剩余电量、最小剩余电量以及电动汽车的出发点和目的地,计算电动汽车用户充电需求;
S2:若电动汽车用户有充电需求,则进行第i辆电动汽车的距离最短优先的电动汽车充电路径计算,得到行驶距离最短的电动汽车充电路径;
S3:基于所述行驶距离最短的电动汽车充电路径,计算第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间、电动汽车充电时间、充电站内的充电桩可用时间,得到距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间;
S4:以所有电动汽车的距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,构建电网充电负载均衡性约束和电动汽车用户体验约束,进行电动汽车充电路径优化,得到每个电动汽车用户的最优充电路径以及充电站。
2.根据权利要求1所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S1包括以下子步骤:
S11,基于第i辆电动汽车上车载电池的当前剩余电量以及最小剩余电量,对电动汽车的最大剩余行驶距离进行估算,其计算公式为:
Figure FDA0003128357160000011
其中,
Figure FDA0003128357160000012
为第i辆电动汽车的最大剩余行驶距离;Hi为第i辆电动汽车当前的剩余电量;
Figure FDA0003128357160000013
为第i辆电动汽车的最小剩余电量;λi为第i辆电动汽车行驶单位距离的用电量系数;
S12,基于Floyd算法,计算电动汽车从出发点到目的地的最短路径,其计算公式为:
Figure FDA0003128357160000014
其中,
Figure FDA0003128357160000015
为第i辆电动汽车从出发点到目的地的最短距离;Si为第i辆电动汽车的出发节点;Ei为第i辆电动汽车的目的地节点;
Figure FDA0003128357160000016
为节点Si到节点Ei的距离;
S13,基于所述最大剩余行驶距离和所述最短路径,对第i辆电动汽车的充电需求进行判断:
如果所述最大剩余行驶距离
Figure FDA0003128357160000017
小于所述最短路径
Figure FDA0003128357160000018
则电动汽车用户在行驶途中需要充电;反之,电动汽车用户无需充电。
3.根据权利要求1所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S2中进行第i辆电动汽车的距离最短优先的电动汽车充电路径计算,是以行驶距离最短为目标函数,并以充电节点可到达和目的地节点可到达为约束,优化选择电动汽车充电路径。
4.根据权利要求3所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,所述以行驶距离最短为目标函数,目标函数计算公式如下:
Figure FDA0003128357160000021
其中,Ci为第i辆电动汽车选择的充电站所在节点;
Figure FDA0003128357160000022
为节点Si到节点Ci的距离;
Figure FDA0003128357160000023
为节点Ci到节点Ei的距离;
所述以充电节点可到达和目的地节点可到达为约束,充电节点可到达约束为:
Figure FDA0003128357160000024
目的地节点可到达约束为:
Figure FDA0003128357160000025
Figure FDA0003128357160000026
其中,
Figure FDA0003128357160000027
为第i辆电动汽车充满电后的最大行驶距离;
Figure FDA0003128357160000028
为第i辆电动汽车的最大车载电量。
5.根据权利要求1所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S3中的所述距离最短优先充电路径下的电动汽车总时间的计算公式为:
Figure FDA0003128357160000029
Figure FDA00031283571600000210
其中,
Figure FDA00031283571600000211
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间、排队等候时间和电动汽车充电时间的总和;
Figure FDA00031283571600000212
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩节点的行驶时间;
Figure FDA00031283571600000213
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的排队等待时间;
Figure FDA00031283571600000214
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的充电时间;
Figure FDA00031283571600000215
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从充电点到目的地节点的时间。
6.根据权利要求5所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S3包括以下子步骤:
S31:基于所述行驶距离最短的电动汽车充电路径,计算第i辆电动汽车从出发点到达充电桩时长,公式如下:
Figure FDA0003128357160000031
Figure FDA0003128357160000032
其中,
Figure FDA0003128357160000033
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到达充电节点Ci的时间;
Figure FDA0003128357160000034
第i辆电动汽车的出发时间;
Figure FDA0003128357160000035
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电节点的时间;vi为第i辆电动汽车的平均速度;
S32:统计距离最短优先充电路径下每个充电站达到的车辆,并根据到达充电站的时间先后进行排序;
S33:依次计算到达充电站的电动汽车进行排队等候时间,公式如下:
Figure FDA0003128357160000036
Figure FDA0003128357160000037
其中,
Figure FDA0003128357160000038
为距离最短优先充电路径下充电站第m个充电桩的可用时间;
Figure FDA0003128357160000039
为距离最短优先充电路径下充电站的最早可用时间;
Figure FDA00031283571600000310
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的排队等待时间;
S34:依次计算到达充电站的电动汽车充电时间,公式如下:
Figure FDA00031283571600000311
其中,
Figure FDA00031283571600000312
为距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车的充电时间;Pi为第i辆电动汽车的平均充电功率;
S35:更新距离最短优先充电路径下每个充电站内的充电桩可用时间,公式如下:
Figure FDA00031283571600000313
S36:根据距离最短优先充电路径下第i辆电动汽车从出发点到充电桩的行驶时间
Figure FDA00031283571600000314
排队等候时间
Figure FDA00031283571600000315
和电动汽车充电时间
Figure FDA00031283571600000316
计算距离最短优先充电路径下电动汽车总时间。
7.根据权利要求1所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S4中以所有电动汽车的距离最短优先充电路径下的电动汽车总时长最小为目标函数,目标函数计算公式如下:
Figure FDA00031283571600000317
ΔTi sum=ΔTi SC+ΔTi wait+ΔTi chg+ΔTi CE
其中,G为参与充电路径优化的电动汽车总数量;ΔTi sum为兼顾电网负载均衡性与用户体验充电路径下第i辆电动汽车的行驶时间、排队等候时间和充电时间的总和;ΔTi SC为第i辆电动汽车从出发点到充电节点的时间;ΔTi wait为第i辆电动汽车的排队等候时间;
Figure FDA0003128357160000041
为充电站第m个充电桩的可用时间;ΔTi CE为第i辆电动汽车从充电点到目的地节点的时间。
8.根据权利要求7所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S4中构建的电网充电负载均衡性约束如下:
Figure FDA0003128357160000042
Figure FDA0003128357160000043
其中,ψmin为电网充电负载平衡指标的最小需求值;ψt为第t时段电网充电负载平衡指标值;T为充电站充电工作的总时段数;K为充电站的总个数;
Figure FDA0003128357160000044
为第k个充电站的充电桩个数;Nt,k为第t时段第k个充电站正在充电的电动汽车个数。
9.根据权利要求7所述的一种兼顾电网负载均衡性与用户体验的电动汽车充电路径优化方法,其特征在于,步骤S4中构建的电动汽车用户体验约束如下:
Figure FDA0003128357160000045
其中,ΔTue为单个电动汽车用户相比距离最短优先充电路径可承受的最大牺牲时间。
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