CN117421935B - 考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法、系统及设备 - Google Patents

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CN117421935B CN202311734487.1A CN202311734487A CN117421935B CN 117421935 B CN117421935 B CN 117421935B CN 202311734487 A CN202311734487 A CN 202311734487A CN 117421935 B CN117421935 B CN 117421935B
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Abstract

一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法，首先构建电动汽车换电站运行优化模型，模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，模型的约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束，再基于电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案，包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。本发明能够全面考虑由于换电服务导致的系统综合成本，在保证换电站正常运行的同时最大化系统经济收益。

Description

考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法、系统及设备
技术领域
本发明属于电动汽车换电站技术领域，具体涉及一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法、系统及设备。
背景技术
随着电动汽车渗透率的不断增加，传统充电设施越来越难以满足电动汽车用户的充电需求。目前两种大规模采用的主流充电方式为交流慢充和直流快充，其中前者主要应用于私人充电桩而后者主要应用于充电站中的公共充电桩，私人充电桩要求拥有私人停车位，而相当数量的电动汽车用户并不具备这样的条件，充电站中的公共充电桩虽然有着相对于交流慢充更快的充电速度，但是其充电耗时仍然较长，且由于充电服务设施有限，在充电需求高峰期往往会出现需要排队充电的情况。另一方面，快速充电的充电负荷很大，其在充电需求高峰期集中接入时将对电网产生较大的冲击。
为了应对上述问题，开发了电动汽车换电模式。采用换电模式时，电动汽车用户仅需要在换电站中将车内电量较低的动力电池进行更换，其车辆补电耗时大大低于采用传统快速充电的耗时，而换电站则负责储存和为动力电池进行充电，在动力电池储量足够多的情况下，充电站可以使用更低的功率，并在夜间等负荷低谷期为动力电池进行充电，从而降低充电负荷对电网带来的影响。
虽然电动汽车换电模式拥有上述诸多优势，但由于其需要大量动力电池，且须要频繁的对动力电池进行充放电，这种高强度的使用会加速其的损耗。考虑到电动汽车用户的使用方便，当动力电池的剩余容量低于临界值时，即不再适合用于为电动汽车用户提供换电服务。为了将电池的经济效益最大化，有研究提出可以将退役的动力电池进行梯次利用，将其用以作为换电站内的储能设备，在负荷低谷期充能，并在负荷高峰期为换电站提供一定的负荷支撑。
然而现有动力电池梯次利用策略往往仅考虑了电池本身的经济价值，而没有考虑其在整个寿命周期内的碳中和成本，电池从材料的生产到报废回收，所有环节都与碳排放息息相关；并且在优化换电站内设施运行时，未全面考虑由换电服务导致的系统综合成本，不能达到经济效益最大化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种旨在最小化由换电服务导致的系统综合成本，最大化经济效益的考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法、系统及设备。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法，所述优化方法包括以下步骤：
S1、构建电动汽车换电站运行优化模型；所述电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；
S2、基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案，所述换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。
所述系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本，所述目标函数为：
；
；
；
；
；
上式中，为系统综合成本；/>为碳排放成本；/>为动力电池配置成本；/>为储能配置成本；/>为用电成本；/>为单位碳排放治理成本；/>为考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；/>为一年中典型日的数量；/>为动力电池单价；/>为储能系统单价；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；/>为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；/>为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；为购电单价；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率。
所述考虑动力电池全寿命周期的总碳排放基于动力电池全寿命周期碳排放模型计算得到，所述动力电池全寿命周期碳排放模型为：
；
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上式中，为铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放；/>为动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为动力电池转运所导致的碳排放；/>为配置储能系统导致的碳排放；/>为动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为单个动力电池运送单位距离产生的碳排放；/>为单位容量的动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；/>为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为新动力电池的额定容量；/>为作为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；/>为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为动力电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数；/>为动力电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于换电阶段的动力电池的平均荷电状态；/>为用于储能的动力电池的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于储能的动力电池的平均荷电状态。
所述动力电池数量约束包括动力电池数量守恒约束、换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束、动力电池仓库的储存能力约束；所述换电站站内充放电运行约束包括能量平衡约束、换电站内动力电池充电设施的功率约束、换电站内的光伏出力约束、储能的充放电功率约束、储能的荷电状态约束；所述配电网约束包括有功和无功功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；
所述动力电池数量守恒约束为：
；
；
上式中，、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的待充电的动力电池数量；/>、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束为：
；
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上式中，为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；
所述动力电池仓库的储存能力约束为：
；
；
上式中，为电动汽车交通流量中产生换电需求的电动汽车的比例；/>为/>时段道路/>处电动汽车交通流量；/>为道路/>处的换电站动力电池仓库储存动力电池数量的上限；
所述能量平衡约束为：
；
上式中，为/>时段道路/>处的换电站中光伏实际出力；/>为/>时段道路/>处换电站中储能的输入输出功率，/>时储能放电，/>时储能充电；/>为动力电池的额定容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为/>时段配电网节点/>向道路/>处换电站输出的有功功率，节点/>为道路/>所对应的配电网节点；
所述换电站内动力电池充电设施的功率约束为：
；
上式中，为单位时长；/>为道路/>处的换电站中的动力电池充电设施数量；/>为动力电池的额定充电功率；
所述换电站内的光伏出力约束为：
；
上式中，为/>时段光伏的单位出力；/>为道路/>处的换电站中光伏的安装数量；
所述储能的充放电功率约束为：
；
上式中，、/>分别为单台储能的额定放电功率、额定充电功率；/>为道路/>处的换电站中储能系统的安装数量；
所述储能的荷电状态约束为：
；
上式中，为单台储能的安装容量；/>为储能的初始电量；/>为一个典型日中的任意一个时段；
所述有功和无功功率平衡约束为：
；
；
上式中，、/>分别/>时段配电网线路/>上传输的有功、无功功率，/>为与配电网节点/>相连接的配电网线路；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为换电站中对动力电池充电时的功率因数角；/>为/>时段配电网节点/>处的基础无功负荷；
所述配电网线路功率约束为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束为：
；
；
；
上式中，为/>时段配电网线路/>上的电压降；/>、/>分别为配电网线路/>的电阻、电抗；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>、/>的母线电压；/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；/>为配电网节点/>处在/>时段的电压。
第二方面，本发明提供一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化系统，所述优化系统包括模型构建模块、仿真计算模块；
所述模型构建模块，用于构建电动汽车换电站运行优化模型；所述电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；
所述仿真计算模块，用于基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案；所述换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。
所述系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本，所述目标函数为：
；
；
；
；
；
上式中，为系统综合成本；/>为碳排放成本；/>为动力电池配置成本；/>为储能配置成本；/>为用电成本；/>为单位碳排放治理成本；/>为考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；/>为一年中典型日的数量；/>为动力电池单价；/>为储能系统单价；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；/>为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；/>为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；为购电单价；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率。
所述模型构建模块还用于构建如下的动力电池全寿命周期碳排放模型：
；
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；
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；
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；
上式中，为铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放；/>为动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为动力电池转运所导致的碳排放；/>为配置储能系统导致的碳排放；/>为动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为单个动力电池运送单位距离产生的碳排放；/>为单位容量的动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；/>为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为新动力电池的额定容量；/>为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为动力电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数；/>为动力电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于换电阶段的动力电池的平均荷电状态；/>为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于储能的动力电池的平均荷电状态。
所述动力电池数量约束包括动力电池数量守恒约束、换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束、动力电池仓库的储存能力约束；所述换电站站内充放电运行约束包括能量平衡约束、换电站内动力电池充电设施的功率约束、换电站内的光伏出力约束、储能的充放电功率约束、储能的荷电状态约束；所述配电网约束包括有功和无功功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；
所述动力电池数量守恒约束为：
；
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上式中，、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的待充电的动力电池数量；/>、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束为：
；
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上式中，为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；
所述动力电池仓库的储存能力约束为：
；
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上式中，为电动汽车交通流量中产生换电需求的电动汽车的比例；/>为/>时段道路/>处电动汽车交通流量；/>为道路/>处的换电站动力电池仓库储存动力电池数量的上限；
所述能量平衡约束为：
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上式中，为/>时段道路/>处的换电站中光伏实际出力；/>为/>时段道路/>处换电站中储能的输入输出功率，/>时储能放电，/>时储能充电；/>为动力电池的额定容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为/>时段配电网节点/>向道路/>处换电站输出的有功功率，节点/>为道路/>所对应的配电网节点；
所述换电站内动力电池充电设施的功率约束为：
；
上式中，为单位时长；/>为道路/>处的换电站中的动力电池充电设施数量；/>为动力电池的额定充电功率；
所述换电站内的光伏出力约束为：
；
上式中，为/>时段光伏的单位出力；/>为道路/>处的换电站中光伏的安装数量；
所述储能的充放电功率约束为：
；
上式中，、/>分别为单台储能的额定放电功率、额定充电功率；/>为道路/>处的换电站中储能系统的安装数量；
所述储能的荷电状态约束为：
；
上式中，为单台储能的安装容量；/>为储能的初始电量；/>为一个典型日中的任意一个时段；
所述有功和无功功率平衡约束为：
；
；
上式中，、/>分别/>时段配电网线路/>上传输的有功、无功功率，/>为与配电网节点/>相连接的配电网线路；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为换电站中对动力电池充电时的功率因数角；/>为/>时段配电网节点/>处的基础无功负荷；
所述配电网线路功率约束为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束为：
；
；
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上式中，为/>时段配电网线路/>上的电压降；/>、/>分别为配电网线路/>的电阻、电抗；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>、/>的母线电压；/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；/>为配电网节点/>处在/>时段的电压。
第三方面，本发明提供一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化设备，所述优化设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法，首先构建电动汽车换电站运行优化模型，再基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案，换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略；该电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；本设计通过构建的电动汽车换电站运行优化模型能够全面考虑由于换电服务导致的系统综合成本，在保证换电站正常运行的同时最大化系统经济收益。
2、本发明一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法中，系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本，在计算碳排放成本时，将动力电池全寿命周期所涉及的各个环节视为一整个系统，包括电池生产厂家和换电站，考虑了动力电池的生产、换电服务、站内再利用和拆解回收的全寿命周期，构建动力电池全寿命周期碳排放模型，基于该模型计算得到考虑动力电池全寿命周期的总碳排放，再基于考虑动力电池全寿命周期的总碳排放去计算最终的碳排放成本；以上设计能够降低碳排放量，最大化动力电池的环保性能。
附图说明
图1为本发明所述优化方法的流程图。
图2为本发明所面对的电动汽车换电站的结构示意图。
图3为本发明所考虑的电池全寿命周期的示意图。
图4为实施例1 中30节点配电网-22节点交通网的拓扑结构图。
图5为实施例1运行策略1得到的各个时间段中换电站所提供的换电服务次数。
图6为实施例1运行策略1得到的各个时间段中换电站的充电能量需求以及由配电网供给的电量。
图7为本发明所述优化系统的结构框图。
图8为本发明所述优化设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明面对如图2所示的电动汽车换电站，所述电动汽车换电站包含换电系统、动力电池充电设施、电池仓库、光伏和储能；换电系统负责为电动汽车置换充电完成的动力电池，并将从电动汽车上置换下来的动力电池存放于电池仓库中；当时机合适时，将电池仓库中电量不足的动力电池取出并经由动力电池充电设施进行充电；对于动力电池充电设施而言，配电网、光伏和储能均可以为其提供功率支撑，光伏可以向电动汽车和储能输出电能，而储能则可以通过合适的充放电策略，储存光伏高出力时段输出的电能并在低出力时段向电池充电设施输出储存的电能；当电力交通耦合网内存在多个电动汽车换电站时，可以通过不同换电站间动力电池的互相运输，来平衡不同区域内电动汽车的换电需求，即当一个换电站在高峰期面临过大换电需求时，可以由其他换电站向该换电站输送充电完成的电池。基于以上电动汽车换电站结构，本发明建立了一个考虑动力电池全寿命周期碳排放成本的电动汽车换电站运行优化模型，优化电动汽车换电站内换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略、不同换电站间的电池运输策略，最终达到最小化由于换电服务导致的系统综合成本的目的。
实施例1：
参见图1，一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法，依次按照以下步骤进行：
S1、构建电动汽车换电站运行优化模型；
所述电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，所述系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本；所述目标函数为：
；
；/>
；
；
；
上式中，为系统综合成本；/>为碳排放成本；/>为动力电池配置成本；/>为储能配置成本；/>为用电成本；/>为单位碳排放治理成本；/>为考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；/>为一年中典型日的数量；/>为动力电池单价；/>为储能系统单价；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；/>为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；/>为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；为购电单价；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率；
本发明基于动力电池全寿命周期构建了动力电池全寿命周期碳排放模型，再基于动力电池全寿命周期碳排放模型计算得到目标函数中考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；所述考虑的电池全寿命周期如图3所示，包括五个阶段：电池材料的生产、电池的生产、用于换电服务、配置于储能系统以及报废后的回收；在电池材料的生产阶段，考虑了电池组组件生产时由于铝材料的开采和制备产生的碳排放，以及电池活性材料如锂、镍、锰、钴等开采、转化和精炼产生的碳排放；在电池的生产阶段，考虑了干燥和加热等步骤产生的碳排放；在配置于储能系统阶段，考虑了配置储能系统所导致的碳排放；在报废后的回收阶段，考虑了电池报废回收阶段导致的碳排放；构建的动力电池全寿命周期碳排放模型为：
；
；
；
；
；
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；
；
；
；
；
上式中，为铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放；/>为动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为动力电池转运所导致的碳排放；/>为配置储能系统导致的碳排放；/>为动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为单个动力电池运送单位距离产生的碳排放；/>为单位容量的动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为新动力电池的额定容量；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为/>时段道路处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>处的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为动力电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数；/>为动力电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于换电阶段的动力电池的平均荷电状态；/>为用于储能的动力电池的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于储能的动力电池的平均荷电状态；
所述电动汽车换电站运行优化模型的约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；所述动力电池数量约束包括动力电池数量守恒约束、换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束、动力电池仓库的储存能力约束；所述换电站站内充放电运行约束包括能量平衡约束、换电站内动力电池充电设施的功率约束、换电站内的光伏出力约束、储能的充放电功率约束、储能的荷电状态约束；所述配电网约束包括有功和无功功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；其中，
所述动力电池数量守恒约束为：
；
；
上式中，、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的待充电的动力电池数量；/>、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束为：
；/>
；
上式中，为/>时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述动力电池仓库的储存能力约束为：
；
；
上式中，为电动汽车交通流量中产生换电需求的电动汽车的比例；/>为/>时段道路/>处电动汽车交通流量；/>为道路/>处的换电站动力电池仓库储存动力电池数量的上限 ；
所述能量平衡约束为：
；
上式中，为/>时段道路/>处的换电站中光伏实际出力；/>为/>时段道路/>处换电站中储能的输入输出功率，/>时储能放电，/>时储能充电；/>为动力电池的额定容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为/>时段配电网节点/>向道路/>处换电站输出的有功功率，节点/>为道路/>所对应的配电网节点；
所述换电站内动力电池充电设施的功率约束为：
；
上式中，为单位时长；/>为道路/>处的换电站中的动力电池充电设施数量；/>为动力电池的额定充电功率；
所述换电站内的光伏出力约束为：
；
上式中，为/>时段光伏的单位出力；/>为道路/>处的换电站中光伏的安装数量；
所述储能的充放电功率约束为：
；
上式中，、/>分别为单台储能的额定放电功率、额定充电功率；/>为道路/>处的换电站中储能系统的安装数量；
所述储能的荷电状态约束为：
；
上式中，为单台储能的安装容量；/>为储能的初始电量；/>为一个典型日中的任意一个时段；
所述有功和无功功率平衡约束为：
；/>
；
上式中，、/>分别/>时段配电网线路/>上传输的有功、无功功率，/>为与配电网节点/>相连接的配电网线路；/>为/>时段配电网节点/>处基础有功负荷；/>为换电站中对动力电池充电时的功率因数角；/>为/>时段配电网节点/>处的基础无功负荷；
所述配电网线路功率约束为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束为：
；
；
；
上式中，为/>时段配电网线路/>上的电压降；/>、/>分别为配电网线路/>的电阻、电抗；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>、/>的母线电压；/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；/>为配电网节点/>处在/>时段的电压。
S2、基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案，所述换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。
下面为验证本发明提出的一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法的有效性，将本发明所提的优化方法（作为策略1）与采用不考虑电池梯次利用的电动汽车换电站优化运行方法（作为策略2）作对比，策略2中不考虑动力电池荷电状态低于下限时用于站内储能系统的模式，而是分别对换电站内使用的动力电池和储能进行单独配置；策略1、策略2均应用于如图4所示的30节点配电网-22节点交通网并进行仿真计算；上述30节点配电网-22节点交通网中考虑了4个电动汽车换电站，其接入位置及其内部设施初始配置方案如表1所示：
表1、4个电动汽车换电站的接入位置及内部设施初始配置方案
/>
参数选取方面：铝材料的开采和制备产生的碳排放为12.4千克/千瓦时；电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放为28.5千克/千瓦时；电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放为14千克/千瓦时；单个电池运送单位距离产生的碳排放为0.03千克/千米；单位容量的电池报废回收阶段导致的碳排放为7.23千克/千瓦时；单位碳中和成本0.05元/千克；单个电池的额定容量为80千瓦时，电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值为0.8，电池作为储能的实际最大荷电状态下限值为0.3；电池及储能荷电状态的下限和上限分别为0.15和0.85，电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数为2000次；电动汽车交通流量中，产生换电需求的电动汽车的比例为0.4；动力电池的充电功率为40千瓦，能量传输效率为0.9，功率因数为0.9；单台储能的安装容量为10千瓦时，单台储能的额定放电功率和额定充电功率均为10千瓦；单位时长为1小时；配电网母线的额定电压为10 千伏，上限和下限分别为10.5 千伏和9.5千伏；单个动力电池单价为12万元，储能系统单价为0.2万元/千瓦时，用电价格为0.6元/千瓦时；
1、运行由策略1得到的优化运行方案，得到各个时间段中换电站所提供的换电服务次数如图5所示，各个时间段中换电站的充电能量需求以及由配电网供给的电量如图6所示；
由图5、图6可知，在凌晨1点至6点的范围内，换电服务的需求量较少，然而同时段换电站的充电能量需求仍然在较高水平，这是由于之前的晚高峰时段换电需求大，换电站中累积了大量待充电的电池，因此出现了充电需求的延后，对于配电网而言，这种延后可以降低充电负荷与晚间基础负荷高峰叠加产生的峰上加峰的程度，从而起到削峰填谷的效果；在上午8点至下午18点的范围内，换电需求和换电站的充电能量需求均处在较高的水平，在此时段，换电站中配置的光伏和储能设施起到了提供功率支撑的作用，减少了配电网供电压力的同时降低了自身的购电成本。
2、运行由策略1、策略2得到的优化运行方案并计算年化经济性指标，得到年化经济性指标计算结果如表2所示：
表2、年化经济性指标
由表2可以看出，在碳排放方面，由于策略1对退役的动力电池进行梯次利用至换电站站内的储能系统，因此采用策略1相比于采用策略2时配置储能系统导致的碳排放和电池报废回收阶段导致的碳排放更低，降低27.12%的碳排放；在储能配置成本方面，同样由于策略1对电池进行了梯次利用，故采用策略1时无需额外付出储能配置成本；在系统综合成本方面，策略1同样显示出了显著的优越性，采用策略1相比于采用策略2时降低了18.82%的系统综合成本。综上所述，本发明所提出的考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法具有降低碳排放量和降低系统综合成本的效果。
实施例2：
参见图7，一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化系统，包括模型构建模块、仿真计算模块；所述模型构建模块用于构建电动汽车换电站运行优化模型；所述电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，所述系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本，所述电动汽车换电站运行优化模型的约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
上式中，为系统综合成本；/>为碳排放成本；/>为动力电池配置成本；/>为储能配置成本；/>为用电成本；/>为单位碳排放治理成本；/>为考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；/>为一年中典型日的数量；/>为动力电池单价；/>为储能系统单价；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；/>为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；/>为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；为购电单价；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率；
所述动力电池数量约束包括动力电池数量守恒约束、换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束、动力电池仓库的储存能力约束；所述换电站站内充放电运行约束包括能量平衡约束、换电站内动力电池充电设施的功率约束、换电站内的光伏出力约束、储能的充放电功率约束、储能的荷电状态约束；所述配电网约束包括有功和无功功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；
所述动力电池数量守恒约束为：
；
；
上式中，、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的待充电的动力电池数量；/>、/>分别为/>时段、/>时段道路/>处的换电站动力电池仓库中储存的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束为：
；
；
上式中，为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为时段道路/>处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；/>为/>时段道路/>的换电站向道路/>输出的完成充电的动力电池数量；/>为/>时段道路/>处的换电站向道路/>的换电站输出的完成充电的动力电池数量；
所述动力电池仓库的储存能力约束为：
；
；
上式中，为电动汽车交通流量中产生换电需求的电动汽车的比例；/>为/>时段道路/>处电动汽车交通流量；/>为道路/>处的换电站动力电池仓库储存动力电池数量的上限；
所述能量平衡约束为：
；
上式中，为/>时段道路/>处的换电站中光伏实际出力；/>为/>时段道路/>处换电站中储能的输入输出功率，/>时储能放电，/>时储能充电；/>为动力电池的额定容量；/>为动力电池进行充电的能量转换效率；/>、/>分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；/>为/>时段配电网节点/>向道路/>处换电站输出的有功功率，节点/>为道路/>所对应的配电网节点；
所述换电站内动力电池充电设施的功率约束为：
；
上式中，为单位时长；/>为道路/>处的换电站中的动力电池充电设施数量；/>为动力电池的额定充电功率；
所述换电站内的光伏出力约束为：
；
上式中，为/>时段光伏的单位出力；/>为道路/>处的换电站中光伏的安装数量；
所述储能的充放电功率约束为：
；
上式中，、/>分别为单台储能的额定放电功率、额定充电功率；/>为道路/>处的换电站中储能系统的安装数量；
所述储能的荷电状态约束为：
；
上式中，为单台储能的安装容量；/>为储能的初始电量；/>为一个典型日中的任意一个时段；
所述有功和无功功率平衡约束为：
；
；
上式中，、/>分别/>时段配电网线路/>上传输的有功、无功功率，/>为与配电网节点/>相连接的配电网线路；/>为/>时段配电网节点/>处的基础有功负荷；/>为换电站中对动力电池充电时的功率因数角；/>为/>时段配电网节点/>处的基础无功负荷；
所述配电网线路功率约束为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束为：
；
；
；
上式中，为/>时段配电网线路/>上的电压降；/>、/>分别为配电网线路/>的电阻、电抗；/>、/>分别为/>时段配电网节点/>、/>的母线电压；/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；/>为配电网节点/>处在/>时段的电压；
所述模型构建模块还用于构建如下的动力电池全寿命周期碳排放模型去计算考虑动力电池全寿命周期的总碳排放：
；
；
；
；
；
；
；
；/>
；
；
；
上式中，为铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放；/>为动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为动力电池转运所导致的碳排放；/>为配置储能系统导致的碳排放；/>为动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于铝材料的开采和制备产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放；/>为每千瓦时动力电池由于动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；/>为单个动力电池运送单位距离产生的碳排放；/>为单位容量的动力电池报废回收阶段导致的碳排放；/>为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；/>为新动力电池的额定容量；/>为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为道路/>处的换电站到道路/>处的换电站的路程；/>为动力电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数；/>为动力电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于换电阶段的动力电池的平均荷电状态；为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；/>表示用于储能的动力电池的平均荷电状态；
所述仿真计算模块，用于基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案；所述换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。
实施例3：
参见图8，一种考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行实施例1所述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的方法。

Claims (6)

1.考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法，其特征在于：
所述优化方法包括以下步骤：
S1、构建电动汽车换电站运行优化模型；所述电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；所述系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本，所述目标函数为：
min FT＝FC+FB+FES+FE；
FC＝ωCCTd；
FB＝ωBNBd；
上式中，FT为系统综合成本；FC为碳排放成本；FB为动力电池配置成本；FES为储能配置成本；FE为用电成本；ωC为单位碳排放治理成本；CT为考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；d为一年中典型日的数量；ωB为动力电池单价；ωES为储能系统单价；EES为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；νT为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；NB为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；NR为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；ED为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；ωE为购电单价；为t时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；ηL、ηH分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；EU为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；λC为动力电池进行充电的能量转换效率；
所述动力电池数量约束包括动力电池数量守恒约束、换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束、动力电池仓库的储存能力约束；所述换电站站内充放电运行约束包括能量平衡约束、换电站内动力电池充电设施的功率约束、换电站内的光伏出力约束、储能的充放电功率约束、储能的荷电状态约束；所述配电网约束包括有功和无功功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；
所述动力电池数量守恒约束为：
上式中，分别为t时段、t-1时段道路l处的换电站动力电池仓库中储存的待充电的动力电池数量；/>分别为t时段、t-1时段道路l处的换电站动力电池仓库中储存的完成充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路x处的换电站向道路l的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路y的换电站向道路l的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站向道路u的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站向道路v的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束为：
上式中，为t时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为t时段道路x处的换电站向道路l处的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路y处的换电站向道路l处的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路u的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路v的换电站输出的完成充电的动力电池数量；
所述动力电池仓库的储存能力约束为：
上式中，ψS为电动汽车交通流量中产生换电需求的电动汽车的比例；ft，l为t时段道路l处电动汽车交通流量；为道路l处的换电站动力电池仓库储存动力电池数量的上限；
所述能量平衡约束为：
上式中，为t时段道路l处的换电站中光伏实际出力；/>为t时段道路l处换电站中储能的输入输出功率，/>时储能放电，/>时储能充电；EU为动力电池的额定容量；λC为动力电池进行充电的能量转换效率；ηL、ηH分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；为t时段配电网节点e向道路l处换电站输出的有功功率，节点e为道路l所对应的配电网节点；
所述换电站内动力电池充电设施的功率约束为：
上式中，TU为单位时长；为道路l处的换电站中的动力电池充电设施数量；PC为动力电池的额定充电功率；
所述换电站内的光伏出力约束为：
上式中，为t时段光伏的单位出力；/>为道路l处的换电站中光伏的安装数量；
所述储能的充放电功率约束为：
上式中，PCH、PDI分别为单台储能的额定放电功率、额定充电功率；为道路l处的换电站中储能系统的安装数量；
所述储能的荷电状态约束为：
上式中，EUE为单台储能的安装容量；EO为储能的初始电量；tn为一个典型日中的任意一个时段；
所述有功和无功功率平衡约束：
上式中，分别t时段配电网线路w上传输的有功、无功功率，w为与配电网节点e相连接的配电网线路；/>为t时段配电网节点e处的基础有功负荷；θC为换电站中对动力电池充电时的功率因数角；/>为t时段配电网节点e处的基础无功负荷；
所述配电网线路功率约束为：
上式中，PM为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束为：
上式中，ΔUt，w为t时段配电网线路w上的电压降；分别为配电网线路w的电阻、电抗；Ut，a、Ut，b分别为t时段配电网节点a、b的母线电压；UM、Um分别为配电网母线电压的上限、下限；Ut，e为配电网节点e处在t时段的电压；
S2、基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案，所述换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。
2.根据权利要求1所述的考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化方法，其特征在于：
所述考虑动力电池全寿命周期的总碳排放CT基于动力电池全寿命周期碳排放模型计算得到，所述动力电池全寿命周期碳排放模型为：
CT＝CL+CK+CP+CS+CD+CR；
CL＝τLNBEU；
CK＝τKNBEU；
CP＝τPNBEU；
CD＝(τL+κK+τP)[EES(1+vT)/2-NRED]；
CR＝τREES；
EU＝EF(1+vS)/2；
ED＝EF(vS+vT)/2；
0≤NR≤NB；
上式中，CL为铝材料的开采和制备产生的碳排放；CK为动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放；CP为动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；CS为动力电池转运所导致的碳排放；CD为配置储能系统导致的碳排放；CR为动力电池报废回收阶段导致的碳排放；τL为每千瓦时动力电池由于铝材料的开采和制备产生的碳排放；τK为每千瓦时动力电池由于动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放；τP为每千瓦时动力电池由于动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；τS为单个动力电池运送单位距离产生的碳排放；τR为单位容量的动力电池报废回收阶段导致的碳排放；NB为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；NR为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；EES为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；EF为新动力电池的额定容量；EU为作为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；ED为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；LEl，x为道路l处的换电站到道路x处的换电站的路程；LEl，u为道路l处的换电站到道路u处的换电站的路程；LEl，y为道路l处的换电站到道路y处的换电站的路程；LEl，v为道路l处的换电站到道路v处的换电站的路程；为t时段道路x处的换电站向道路l的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路u处的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路y处的换电站向道路l处的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路v处的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；ηL、ηH分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；YB为动力电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数；vS为动力电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值；(1+vS)/2表示用于换电阶段的动力电池的平均荷电状态；vT为用于储能的动力电池的实际最大荷电状态下限值；(vS+vT)/2表示用于储能的动力电池的平均荷电状态。
3.考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化系统，其特征在于：
所述优化系统包括模型构建模块、仿真计算模块；
所述模型构建模块，用于构建电动汽车换电站运行优化模型；所述电动汽车换电站运行优化模型的目标函数为由于换电服务导致的系统综合成本最小，约束条件包括动力电池数量约束、换电站站内充放电运行约束、配电网约束；所述系统综合成本包括碳排放成本、动力电池配置成本、储能配置成本以及用电成本，所述目标函数为：
min FT＝FC+FB+FES+FE；
FC＝ωCCTd；
FB＝ωBNBd；
上式中，FT为系统综合成本；FC为碳排放成本；FB为动力电池配置成本；FES为储能配置成本；FE为用电成本；ωC为单位碳排放治理成本；CT为考虑动力电池全寿命周期的总碳排放；d为一年中典型日的数量；ωB为动力电池单价；ωES为储能系统单价；EES为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；νT为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；NB为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；NR为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；ED为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；ωE为购电单价；为t时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；ηL、ηH分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；EU为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；λC为动力电池进行充电的能量转换效率；
所述动力电池数量约束包括动力电池数量守恒约束、换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束、动力电池仓库的储存能力约束；所述换电站站内充放电运行约束包括能量平衡约束、换电站内动力电池充电设施的功率约束、换电站内的光伏出力约束、储能的充放电功率约束、储能的荷电状态约束；所述配电网约束包括有功和无功功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；
所述动力电池数量守恒约束为：
上式中，分别为t时段、t-1时段道路l处的换电站动力电池仓库中储存的待充电的动力电池数量；/>分别为t时段、t-1时段道路l处的换电站动力电池仓库中储存的完成充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路x处的换电站向道路l的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路y的换电站向道路l输出的完成充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站向道路u的换电站输出的待充电的动力电池数量；为t-1时段道路l处的换电站向道路v的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为t-1时段道路l处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；
所述换电站中动力电池充电数量和换电数量的约束为：
上式中，为t时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；/>为t时段道路x处的换电站向道路l的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路u的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站中执行换电服务的动力电池数量；/>为t时段道路y的换电站向道路l输出的完成充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路v的换电站输出的完成充电的动力电池数量；
所述动力电池仓库的储存能力约束为：
上式中，ψS为电动汽车交通流量中产生换电需求的电动汽车的比例；ft，l为t时段道路l处电动汽车交通流量；为道路l处的换电站动力电池仓库储存动力电池数量的上限；
所述能量平衡约束为：
上式中，为t时段道路l处的换电站中光伏实际出力；/>为t时段道路l处换电站中储能的输入输出功率，/>时储能放电，/>时储能充电；EU为动力电池的额定容量；λC为动力电池进行充电的能量转换效率；ηL、ηH分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；为t时段配电网节点e向道路l处换电站输出的有功功率，节点e为道路l所对应的配电网节点；
所述换电站内动力电池充电设施的功率约束为：
上式中，TU为单位时长；为道路l处的换电站中的动力电池充电设施数量；PC为动力电池的额定充电功率；
所述换电站内的光伏出力约束为：
上式中，为t时段光伏的单位出力；/>为道路l处的换电站中光伏的安装数量；
所述储能的充放电功率约束为：
上式中，PCH、PDI分别为单台储能的额定放电功率、额定充电功率；为道路l处的换电站中储能系统的安装数量；
所述储能的荷电状态约束为：
上式中，EUE为单台储能的安装容量；EO为储能的初始电量；tn为一个典型日中的任意一个时段；
所述有功和无功功率平衡约束为：
上式中，分别t时段配电网线路w上传输的有功、无功功率，w为与配电网节点e相连接的配电网线路；/>为t时段配电网节点e处基础有功负荷；θC为换电站中对动力电池充电时的功率因数角；/>为t时段配电网节点e处的基础无功负荷；
所述配电网线路功率约束为：
上式中，PM为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束为：
上式中，ΔUt，w为t时段配电网线路w上的电压降；分别为配电网线路w的电阻、电抗；Ut，a、Ot，b分别为t时段配电网节点a、b的母线电压；UM、Um分别为配电网母线电压的上限、下限；Ut，e为配电网节点e处在t时段的电压；
所述仿真计算模块，用于基于构建的电动汽车换电站运行优化模型进行仿真计算，输出优化后的换电站运行方案；所述换电站运行方案包括换电系统的运营策略、光伏的消纳策略、储能的运行策略、动力电池充电设施的运行策略以及不同换电站间的动力电池运输策略。
4.根据权利要求3所述的考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化系统，其特征在于：
所述模型构建模块还用于构建如下的动力电池全寿命周期碳排放模型：
CT＝CL+CK+CP+CS+CD+CR；
CL＝τLNBEU；
CK＝τKNBEU；
CP＝τPNBEU；
CD＝(τL+τK+τP)[EES(1+vT)/2-NRED]；
CR＝τREES；
EU＝EF(1+vS)/2；
ED＝EF(vS+vT)/2；
0≤NR≤NB；
上式中，CL为铝材料的开采和制备产生的碳排放；CK为动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放；CP为动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；CS为动力电池转运所导致的碳排放；CD为配置储能系统导致的碳排放；CR为动力电池报废回收阶段导致的碳排放；τL为每千瓦时动力电池由于铝材料的开采和制备产生的碳排放；τK为每千瓦时动力电池由于动力电池活性材料开采、转化和精炼产生的碳排放产生的碳排放；τP为每千瓦时动力电池由于动力电池生产过程中干燥和加热等步骤产生的碳排放；τS为单个动力电池运送单位距离产生的碳排放；τR为单位容量的动力电池报废回收阶段导致的碳排放；NB为一年中整个系统需要补充的用于换电服务的动力电池总量；NR为一年内整个系统中梯次利用转为用于储能的动力电池数量；EES为一年中整个系统需要补充的储能系统的容量；EF为新动力电池的额定容量；EU为换电服务使用阶段的动力电池的平均容量；ED为作为储能使用阶段的动力电池的平均容量；LEl，x为道路l处的换电站到道路x处的换电站的路程；LEl，u为道路l处的换电站到道路u处的换电站的路程；LEl，y为道路l处的换电站到道路y处的换电站的路程；LEl，v为道路l处的换电站到道路v处的换电站的路程；为t时段道路x处的换电站向道路l的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路u的换电站输出的待充电的动力电池数量；/>为t时段道路y的换电站向道路l输出的完成充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站向道路v的换电站输出的完成充电的动力电池数量；/>为t时段道路l处的换电站中进行充电的动力电池数量；ηL、ηH分别为动力电池及储能荷电状态的下限、上限；YB为动力电池衰减至无法作为换电使用的动力电池所经历的循环次数；vS为动力电池用于换电服务的实际最大荷电状态下限值；(1+vS)/2表示用于换电阶段的动力电池的平均荷电状态；vT为动力电池作为储能的实际最大荷电状态下限值；(vS+vT)/2表示用于储能的动力电池的平均荷电状态。
5.考虑碳排放的电动汽车换电站运行优化设备，其特征在于：
所述优化设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1或2所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的方法。
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