CN113479103A - 一种新能源公交充电站的充电负荷优化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种新能源公交充电站的充电负荷优化方法及装置，属于新能源公交车充电站邻域。获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间；根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数；根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级；通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，创建优先度矩阵：计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序；通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。本发明通过TOPSIS方法进行车辆排序，车辆建立了实际公交车工况与充电功率之间的关系，在保持公交运营的基础上，充分的利用现有负荷进行合理化分配且在时间上连续化的优化分配。

Description

一种新能源公交充电站的充电负荷优化方法及装置
技术领域
一种新能源公交充电站的充电负荷优化方法及装置，属于新能源公交车充电站邻域。
背景技术
现有新能源公交车充电主要是被充电桩所控制，一组充电桩会对功率上限进行限制。针对此类充电问题，有两类策略。一是采取先到先冲策略，即先充电的车通常会被给予其电池允许范围内的最大功率，而后面来的车便会被限制功率充电，甚至会出现排队不充电的情况。二是采取在时序上的滚动优化，但是没有锚定车辆上一时刻功率与下一时刻功率的联系，会出现同一车辆的充电功率出现大范围跳动，上一秒和这一秒的功率差值非常大。目前，充电负荷的分配和电动公交车的实际运行有所分离，同辆车在时序上的连续功率优化成为了问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在保持公交运营的基础上，充分的利用现有负荷进行合理化分配，且在时间上连续化优化分配的新能源公交充电站的充电负荷优化方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间；
根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数；
根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级；
通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，确定t时刻在站内的公交车辆数N(t)，创建优先度矩阵：
Figure BDA0003207046880000011
其中，i＝1，2，...，N(t)，Ai(t)为第i辆公交车t时刻的充电请求参数，Bi(t)为第i辆公交车t时刻的电池电量优先级；
计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序；
通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。
优选的，通过充电桩云平台数据，获取公交车的电池电量和充电参数。
优选的，所述充电请求参数的计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000021
tless＝tout-t；
其中，tout表示公交车时刻表安排的出站时间，tin表示公交车的入站预估时刻，tless表示当前距离下一次出站的剩余时间。
优选的，所述方法还包括，判断充电请求参数是否小于或等于1，如是则执行下一步骤，如否则返回上一步骤。
优选的，所述的电池电量优先级的计算方法如下：
Bi(t)＝(SOCneed-SOCi(t))Ei；
其中，SOCi(t)表示第i辆公交车在t时刻的电荷状态，SOCneed表示第i辆公交车所需求的电荷状态，Ei表示第i辆公交车电池容量。
优选的，所述方法还包括，判断电池电量优先级是否大于0，如是则执行下一步骤，如否则返回上一步骤。
优选的，所述优劣值的计算包括如下步骤：
对优先度矩阵进行正向化处理：
极小型正向化处理方法：
Figure BDA0003207046880000022
极大型正向化处理方法：
Figure BDA0003207046880000023
其中，Amax(t)为A1(t)～AN(t)(t)之间的最大值，Amin(t)为A1(t)～AN(t)(t)之间的最小值，Bmax(t)为B1(t)～BN(t)(t)之间的最大值，Bmin(t)为B1(t)～Bmax(t)之间的最小值；
计算加权决策矩阵：
确定两个优先级的权重向量ω＝(ω1，ω2)，
则加权决策矩阵为：
Figure BDA0003207046880000031
计算最大最小值与最优最劣距离：
最大最小值计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000032
最优最劣距离的计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000033
Figure BDA0003207046880000034
其中，j＝1，2；
计算优劣值并排序：
优劣值的计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000035
优选的，每辆公交车的充电功率Pi(t)的约束条件如下：
0≤Pi(t)≤Ki(t)Pmax i＝1，2，...，N(t)，
其中，Pi(t)为第i辆公交车在t时刻的充电功率，Pmax为第i辆公交车的充电上限。优选的，所述方法还包括，以充电功率为变量的指数函数为：
Figure BDA0003207046880000036
每时刻的充电功率和所给予的充电负荷总量相等，t时刻的充电负荷总量Pload(t)为：
Figure BDA0003207046880000041
一种新能源公交充电站的充电负荷优化装置，其特征在于：包括：
数据采集模块，获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间；
优先级计算模块，根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数；根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级；
数据处理模块，通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，确定t时刻在站内的公交车辆数，创建优先度矩阵：
优劣值计算模块，计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序；
功率限制模块，通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本新能源公交充电站的充电负荷优化方法针对目前的新能源公交的大力发展，新能源光伏充电站作为配套设施也大量的落实，在充电站的云平台的数据支持下，基于TOPSIS排序研究新能源公交充电站负荷的分配，本方法首先针对每一辆充电站的运行车辆生成对应的两个优先级参数，通过TOPSIS方法进行车辆排序，车辆建立了实际公交车工况与充电功率之间的关系，可以在保持公交运营的基础上，充分的利用现有负荷进行合理化分配且在时间上连续化的优化分配。
附图说明
图1为新能源公交充电站的充电负荷优化方法的流程图。
图2为优劣值计算和排序的流程图。
具体实施方式
图1～2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～2对本发明做进一步说明。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。
一种新能源公交充电站的充电负荷优化方法，包括如下步骤：
获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间。
通过充电桩云平台数据，获取公交车的电池容量和充电参数，通过公交车的排班时间和线路设定计算线路行驶时间。
根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数。
根据公交车的排班时间和线路设定所得的数据，计算充电请求参数。充电请求参数的计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000051
tless＝tout-t；
其中，Ai(t)表示第i辆公交车t时刻的充电请求参数，tout表示公交车时刻表安排的出站时间，tin表示公交车的入站预估时刻，tless表示当前距离下一次出站的剩余时间。
判断充电请求参数是否小于或等于1，如是则执行下一步骤，如否则返回上一步骤。充电请求参数小于或等于1时表示该公交车已进站，充电请求参数的数值越小表示充电请求意愿越高；
Figure BDA0003207046880000052
根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级。
根据公交车的电池容量来计算该公交车的电池电量优先级，电池电量优先级的计算方法如下：
Bi(t)＝(SOCneed-SOCi(t))Ei；
其中，Bi(t)为第i辆公交车t时刻的电池电量优先级，SOCi(t)表示第i辆公交车在t时刻的电荷状态，SOCneed表示第i辆公交车所需求的电荷状态，Ei表示第i辆公交车电池容量。
判断电池电量优先级是否大于0，如是则执行下一步骤，如否则返回上一步骤。电池电量优先级的数值越大表示该公交车的需求电量越多，其优先级越高；
Figure BDA0003207046880000053
通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，确定t时刻在站内的公交车辆数N(t)，创建优先度矩阵：
Figure BDA0003207046880000061
其中，i＝1，2，...，N(t)。
在本实施例中，以车站内有四辆公交车为例来进行阐述。四辆公交车的优先度矩阵如下：
Figure BDA0003207046880000062
计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序。
优劣值的计算包括如下步骤：
对优先度矩阵进行正向化处理：
极小型正向化处理方法：
Figure BDA0003207046880000063
极大型正向化处理方法：
Figure BDA0003207046880000064
其中，Amax(t)为A1(t)～AN(t)(t)之间的最大值，Amin(t)为A1(t)～AN(t)(t)之间的最小值，Bmax(t)为B1(t)～BN(t)(t)之间的最大值，Bmin(t)为B1(t)～Bmax(t)之间的最小值。
经过处理过的矩阵为：
Figure BDA0003207046880000065
计算加权决策矩阵：
选择两个优先级的权重向量，公交车首要保证其电量满足要求，其次保证其按时运行，两个优先级的权重向量ω＝(ω1，ω2)，
则加权决策矩阵为：
Figure BDA0003207046880000071
在本实施例中，两个优先级的权重向量为ω＝(ω1，ω2)＝(0.4，0.6)；
加权决策矩阵为：
Figure BDA0003207046880000072
计算最大最小值与最优最劣距离：
最大最小值计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000073
最优最劣距离的计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000074
Figure BDA0003207046880000075
其中，j＝1，2。
在本实施例中，优先级最大最小值计算结果如下：
Figure BDA0003207046880000081
最优最劣距离为：
Figure BDA0003207046880000082
Figure BDA0003207046880000083
计算优劣值并排序：
优劣值的计算方法如下：
Figure BDA0003207046880000084
在本实施例中，优劣值的计算结果如下：
Figure BDA0003207046880000085
Figure BDA0003207046880000086
Figure BDA0003207046880000087
优劣值排序由高到低为：3，2，4，1。
通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。
每辆公交车的充电功率Pi(t)的约束条件如下：
0≤Pi(t)≤Ki(t)Pmax i＝1，2，...，N(t)，
其中，Pi(t)为第i辆公交车在t时刻的充电功率，Pmax为第i辆公交车的充电上限。
在本实施例中，充电功率Pi(t)的约束条件如下：
0≤P1(t)≤0*Pmax
0≤P2(t)≤0.6484Pmax
Figure BDA0003207046880000091
Figure BDA0003207046880000092
通过充电请求参数和电池电量优先级描述公交车的充电需求急切状态，以满足优先度高的公交车为准则进行功率分配控制。通过用功率的指数函数为目标函数，以t时刻的车辆充电功率为输入，以上述计算的公交车的功率限制和功率总量限制为约束条件。求得该时刻的功率分配。
目标函数：以充电功率为变量输入的指数函数为：
Figure BDA0003207046880000093
在本实施例中，以充电功率为变量输入的指数函数为：
Figure BDA0003207046880000094
约束条件包括功率平衡约束以及充电功率约束。
功率平衡约束：
每时刻的充电功率和所给予的充电负荷总量相等，t时刻的充电负荷总量Pload(t)为：
Figure BDA0003207046880000095
在本实施例中，t时刻的充电负荷总量Pload(t)为：
Figure BDA0003207046880000096
即t时刻的充电负荷总量Pload(t)设定为150kw。
充电功率约束为：
P1(t)＝0
0≤P2(t)≤64.84
Figure BDA0003207046880000101
0≤P4(t)≤60。
指数函数作为目标函数寻找其和的最大解，其单个输入越大越好，即该目标函数的求解会先满足优先度高的，且有着较高功率上限限制的车辆。
本实施例的最终分配的取整解为：1号车0kw、2号车64kw、3号车66kw、4号车20kw。
当公交车两个充电请求参数和电池电量优先级发生改变，充电约束也会发生改变，本目标函数可以随时间滚动动态分配其功率，由于充电请求参数和电池电量优先级的存在，保证其单车充电功率在时间上的功率连续性。
基于TOPSIS排序的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，能够确保公交车运行的基础上充分利用充电桩，并且对车辆功率优化具有时间连续性。
一种新能源公交充电站的充电负荷优化装置，包括：
数据采集模块，获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间；
优先级计算模块，根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数；根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级；
数据处理模块，通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，确定t时刻在站内的公交车辆数，创建优先度矩阵：
优劣值计算模块，计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序；
功率限制模块，通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间；
根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数；
根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级；
通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，确定t时刻在站内的公交车辆数N(t)，创建优先度矩阵：
Figure FDA0003207046870000011
其中，i＝1，2，...，N(t)，Ai(t)为第i辆公交车t时刻的充电请求参数，Bi(t)为第i辆公交车t时刻的电池电量优先级；
计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序；
通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。
2.根据权利要求1所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：通过充电桩云平台数据，获取公交车的电池电量和充电参数。
3.根据权利要求1所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：所述充电请求参数的计算方法如下：
Figure FDA0003207046870000012
tless＝tout-t；
其中，tout表示公交车时刻表安排的出站时间，tin表示公交车的入站预估时刻，tless表示当前距离下一次出站的剩余时间。
4.根据权利要求3所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：所述方法还包括，判断充电请求参数是否小于或等于1，如是则执行下一步骤，如否则返回上一步骤。
5.根据权利要求1所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：所述的电池电量优先级的计算方法如下：
Bi(t)＝(SOCneed-SOCi(t))Ei；
其中，SOCi(t)表示第i辆公交车在t时刻的电荷状态，SOCneed表示第i辆公交车所需求的电荷状态，Ei表示第i辆公交车的电池容量。
6.根据权利要求5所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：所述方法还包括，判断电池电量优先级是否大于0，如是则执行下一步骤，如否则返回上一步骤。
7.根据权利要求1所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：所述优劣值的计算包括如下步骤：
对优先度矩阵进行正向化处理：
极小型正向化处理方法：
Figure FDA0003207046870000021
极大型正向化处理方法：
Figure FDA0003207046870000022
其中，Amax(t)为A1(t)～AN(t)(t)之间的最大值，Amin(t)为A1(t)～AN(t)(t)之间的最小值，Bmax(t)为B1(t)～BN(t)(t)之间的最大值，Bmin(t)为B1(t)～Bmax(t)之间的最小值；
计算加权决策矩阵：
确定两个优先级的权重向量ω＝(ω1，ω2)，
则加权决策矩阵为：
Figure FDA0003207046870000023
计算最大最小值与最优最劣距离：
最大最小值计算方法如下：
Figure FDA0003207046870000031
最优最劣距离的计算方法如下：
Figure FDA0003207046870000032
Figure FDA0003207046870000033
其中，j＝1，2；
计算优劣值并排序：
优劣值的计算方法如下：
Figure FDA0003207046870000034
8.根据权利要求7所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：每辆公交车的充电功率Pi(t)的约束条件如下：
0≤Pi(t)≤Ki(t)Pmax i＝1，2，...，N(t)，
其中，Pi(t)为第i辆公交车在t时刻的充电功率，Pmax为第i辆公交车的充电上限。
9.根据权利要求8所述的新能源公交充电站的充电负荷优化方法，其特征在于：所述方法还包括，以充电功率为变量的指数函数为：
Figure FDA0003207046870000035
每时刻的充电功率和所给予的充电负荷总量相等，t时刻的充电负荷总量Pload(t)为：
Figure FDA0003207046870000036
10.一种新能源公交充电站的充电负荷优化装置，其特征在于：包括：
数据采集模块，获取公交车的电池容量和充电参数，获取公交车的排班时间和线路设定，并计算各线路的行驶时间；
优先级计算模块，根据公交车排班时间以及线路设定，确定公交车的充电请求参数；根据公交车的电池容量和充电参数，确定公交车的电池电量优先级；
数据处理模块，通过公交车的充电请求参数和电池电量优先级，确定t时刻在站内的公交车辆数，创建优先度矩阵：
优劣值计算模块，计算每辆公交车的优劣值，并根据优劣值对公交车进行排序；
功率限制模块，通过优劣值对每辆公交车的充电功率进行限制。
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Denomination of invention: Optimization Method and Device for Charging Load of a New Energy Bus Charging Station

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Granted publication date: 20230414

Pledgee: Zibo Branch of China Post Savings Bank Co.,Ltd.

Pledgor: SHANDONG DEYOU ELECTRIC Corp.,Ltd.

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