CN117952380A - 基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法及系统，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案；该方法包括：实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。本发明综合考虑桩体的实际出力状态与调度计划，通过整数规划算法进行优化调度，提高充电桩的充电效率。

Description

基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法及系统

技术领域

本发明涉及充电桩调度技术领域，尤其涉及一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法及系统。

背景技术

随着电动汽车数量的不断增加，充电桩资源不足和充电效率低下问题日益凸显。当前在运中的充电桩，其充电效率取决于充电机充电模块的工作效率，而桩体额定工作效率往往在长时间运行过程中下滑；考虑到充电桩内的充电模块在夏季高温、冬季低温等恶劣工作环境下进行长时间大电流、高功率输出，可能存在保护动作，停止输出，此时还需要运维人员主动重启才能恢复正常工况，为避免上述问题，往往设计充电桩工作效率在一个较低水平；当运维人员面对充电桩备用充电模块不足或不能及时补充更换最新充电模块的情况时，运维人员往往被迫投入使用效率不高的充电机充电模块。上述情况下，充电桩桩体的输出实际上无法满足设计出力，甚至达不到50％出力。然而，现有的充电桩调度策略往往以电动汽车移动端为匹配主体，根据充电桩的额定工作效率进行调度，这一方式下，当驾驶人员驾驶电动汽车至对应分配的充电桩充电时，充电桩充电效率低，影响其充电、出行时间，造成不便。

实际上，现有的充电桩调度策略通常仅考虑电动汽车与充电桩空闲状态是否匹配，以及考虑电动汽车与充电桩之间的距离影响因素，并未考虑充电桩的实时充电能力，很多情况下待充电汽车车主往往因远距离奔袭到调度筛选的充电点后无法获取指示的充电效率服务或无法正常充电等，而选择主动充电交易中止，使得充电桩使用率降低，造成资源浪费，且影响充电桩的收益。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法及系统，以充电桩本身为主体且以充电桩本身充电能力的实时现状，对待充电车辆进行预约智能调度，同时在调度过程中考虑多种影响及匹配因素，实现充电桩和待充电车辆之间的最优匹配调度，提高充电桩的充电效率，避免浪费驾驶人员的出行时间。

第一方面，本公开提供了一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法。

一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，所述智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案；所述方法包括：

实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；所述充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量；

根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。

进一步的技术方案，还包括：

将生成的充电桩最优调度方案发送至对应匹配的充电桩和待充电车辆；

相匹配的充电桩和待充电车辆根据接收信息生成识别标识，并在充电时根据识别标识判断充电桩和待充电车辆是否匹配，若判断成功则开启充电。

进一步的技术方案，所述根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，包括：

根据充电桩的实际占用时间，确定充电桩的实际空闲时间；

根据充电桩的实际空闲时间和待充电车辆的充电预约时间，筛选时间匹配的充电桩和待充电车辆。

进一步的技术方案，所述约束条件还包括充电桩与待充电车辆的距离最短。

进一步的技术方案，所述充电预约时间的设置包括设定最大提前预约时间、划分预定时间段和滚动预定时间窗口。

进一步的技术方案，所述充电预约时间的过期设置包括重新预定提醒、超时预定预留和超时预定自动取消。

第二方面，本公开提供了一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度系统。

一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度系统，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，所述智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案；所述系统包括：

信息获取模块，用于实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；所述充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量；

优化调度方案生成模块，用于根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。

进一步的技术方案，还包括：

匹配充电模块，用于将生成的充电桩最优调度方案发送至对应匹配的充电桩和待充电车辆；相匹配的充电桩和待充电车辆根据接收信息生成识别标识，并在充电时根据识别标识判断充电桩和待充电车辆是否匹配，若判断成功则开启充电。

第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述方法的步骤。

第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述方法的步骤。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、本发明提供了一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法及系统，对待充电车辆及充电桩进行预约智能调度，在调度过程中考虑多种影响及匹配因素，即综合考虑充电桩桩体的实际出力状态与调度计划，通过整数规划算法将桩体本身作为主体进行优化调度，实现充电桩资源的最优利用，提高充电桩的充电效率，避免浪费驾驶人员的出行时间。

2、本发明根据桩体充电机实际出力(即桩体自身正常投入充电模块的数量及充电模块的健康状况)，提供更加准确的桩体充电功率信息，以提高充电桩的利用率和用户的充电体验；本发明还提供了提前预定功能，用户可确保在需要充电时有可用的充电桩，而且通过提前预定充电桩，用户可避免高峰期等待充电桩的情况，提前规划好充电时间，避免在充电站等待过长时间，另外预定功能向用户提供充电桩的实时状态信息，如充电桩的空闲状态、预计使用时间等，方便用户做出更明智的充电决策。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例所述基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法的整体流程图；

图2为本发明实施例中待充电车辆进行预约充电的界面示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，仅是为了描述具体实施方式，旨在对本发明提供进一步的说明，并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

本实施例提供了一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，该智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案。该优化调度方法如图1所示，包括以下步骤：

实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；其中，充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量；

根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。

具体的，考虑到现有的充电桩调度策略往往以电动汽车移动端为匹配主体，根据充电桩的额定工作效率进行调度，然而实际情况中，充电桩的额定工作效率并不一定为该充电桩的实际工作效率，进而最终生成的调度方案往往充电效率低，无法满足驾驶人员的实际使用需求。为此，本实施例实时监测并获取每一充电桩的实际输出功率，根据该实际输出功率结合待充电车辆所需充电电池类型及电量，进行充电桩优化调度，并提供充电预约功能，在提高充电桩充电效率的同时，避免浪费驾驶人员的出行时间，满足驾驶人员的实际使用需求。

本实施例中，首先实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取智能终端的监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请，其中，待充电车辆发送充电请求是指车机中设置了充电预约程序的待充电车辆，通过该车机发送充电请求，或设置了充电预约程序的移动终端，通过该移动终端发送充电请求；另外，充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量。

然后，根据充电桩的实际占用时间，确定充电桩的实际空闲时间，并根据充电桩的实际空闲时间和待充电车辆的充电预约时间，筛选时间匹配的充电桩和待充电车辆。假设满足条件的有N个充电桩和M辆待充电车辆，每一充电桩的实际输出功率及待充电车辆的充电电池类型和充电电量分别为B_i和D_j，此时需要决定哪些充电桩需要用于满足待充电车辆的需求。

为此，本实施例引入决策变量x_ij，其中i表示充电桩的索引，1≤i≤N，j表示待充电车辆的索引，1≤j≤M。若充电桩i被分配给待充电车辆j，则x_ij为1，否则x_ij为0。设置目标函数和约束条件，其中目标函数为最小化未满足充电需求的待充电车辆数量，即可定义为：

minimize∑(1-x_ij)，i＝1～N，j＝1～M；

其中，∑(1-x_ij)表示未满足充电需求的待充电车辆数量之和。

约束条件为：

(1)待充电车辆与充电桩一一匹配，即每个待充电车辆仅能被一个充电桩满足，公式为：∑x_ij＝1，for each j。

(2)每个充电桩仅能被一个待充电车辆使用，并且充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配，公式为：∑x_ij＝1for each i；x_ij＝0ifB_i≠D_j,foreach i,j。

该约束条件限制：a.充电桩不支持该类型的电池：不同充电桩可能支持不同类型的电池，若充电桩不支持待充电车辆所需的电池类型，则B_i≠D_j；b.充电桩电池容量不满足需求：即使充电桩支持所需的电池类型，但是，若其电池容量不足以满足充电车的需求电量，则B_i≠D_j；c.充电桩电池技术不匹配：不同类型的电池可能具有不同的充电特性和充电方式，若充电桩的电池技术与待充电车辆所需的电池技术不匹配，则B_i≠D_j。

(3)待充电车辆与充电桩的索引变量必须是二进制整数，即：x_ij∈{0,1}，for eachi,j。

优选的，上述约束条件还可以包括充电桩与待充电车辆的距离最短。

通过求解上述目标函数，生成充电桩最优调度方案。之后，将生成的充电桩最优调度方案发送至对应匹配的充电桩和待充电车辆；相匹配的充电桩和待充电车辆根据接收信息生成识别标识，并在充电时根据识别标识判断充电桩和待充电车辆是否匹配，若判断成功则开启充电。通过这一设置，使得只有相匹配的充电桩和待充电车辆才能够在预定时间进行使用充电，能够避免其他车辆在预定时间占用该匹配充电桩的问题。

进一步的，本实施例中，待充电车辆进行预约充电的界面入图2所示，通过移动终端如手机中的软件程序提供充电桩预约功能，用户可以根据自身需求选择充电时间段，并通过系统自动排班和整数规划算法进行充电计划的生成和优化调度。

另外，本实施例还进一步限定并设置了充电预约时间，该充电预约时间的设置包括设定最大提前预约时间、划分预定时间段和滚动预定时间窗口。其中，设定最大提前预约时间是指设定距离预约时间的最大提前预定的时间范围，即根据业务需求设定最大提前预定时间，用户仅能在距离充电时间点一定时间范围内进行预定，这样可以避免用户过早或过晚地预定充电桩；将可预定的时间段划分为较短的时间片，如每小时或每30分钟一个时间段，并提供给用户选择，这样可以更细粒度地管理预定时间，提高充电桩的利用效率；可通过设置滚动时间窗口，即每个时间段都只能提前一定时间进行预定，如每个时间段仅能提前2小时进行预定，这样可以确保用户在合理时间范围内预定，同时避免太早或太晚的预定。

此外，考虑到预约时间可能超期或过期的问题，上述充电预约时间的过期设置包括超时预定自动取消、重新预定提醒和超时预定预留。其中，可根据设定的规则，在预定时间到期后自动取消过期的预定，如设置预定时间到期后1小时自动取消，这样可以确保过期的预定不会占用充电桩资源；在预定时间临近之前，向用户移动端发送提醒消息，提醒更新或确认预定，若用户未及时更新预定，则根据设定的规则取消过期的预定；在预定时间的管理中留出一定的缓冲时间，以允许一定比例的过期预定，如若每个时间段有5个预定位，则可留出1个额外的预定位给过期预定使用。

本实施例根据桩体充电机实际出力，提供更加准确的桩体充电功率信息，以提高充电桩的利用率和用户的充电体验；还提供了提前预定功能，用户可确保在需要充电时有可用的充电桩，而且通过提前预定充电桩，用户可避免高峰期等待充电桩的情况，提前规划好充电时间，避免在充电站等待过长时间，另外预定功能向用户提供充电桩的实时状态信息，如充电桩的空闲状态、预计使用时间等，方便用户做出更明智的充电决策。

实施例二

本实施例提供了一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度系统，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，所述智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案；所述系统包括：

信息获取模块，用于实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；所述充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量；

优化调度方案生成模块，用于根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。

进一步的，还包括：

匹配充电模块，用于将生成的充电桩最优调度方案发送至对应匹配的充电桩和待充电车辆；相匹配的充电桩和待充电车辆根据接收信息生成识别标识，并在充电时根据识别标识判断充电桩和待充电车辆是否匹配，若判断成功则开启充电。

实施例三

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成如上所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法中的步骤。

实施例四

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成如上所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法中的步骤。

以上实施例二至四中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (10)

1.一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，其特征是，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，所述智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案；所述方法包括：

实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；所述充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量；

根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。

2.如权利要求1所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，其特征是，还包括：

将生成的充电桩最优调度方案发送至对应匹配的充电桩和待充电车辆；

相匹配的充电桩和待充电车辆根据接收信息生成识别标识，并在充电时根据识别标识判断充电桩和待充电车辆是否匹配，若判断成功则开启充电。

3.如权利要求1所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，其特征是，所述根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，包括：

根据充电桩的实际占用时间，确定充电桩的实际空闲时间；

根据充电桩的实际空闲时间和待充电车辆的充电预约时间，筛选时间匹配的充电桩和待充电车辆。

4.如权利要求1所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，其特征是，所述约束条件还包括充电桩与待充电车辆的距离最短。

5.如权利要求1所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，其特征是，所述充电预约时间的设置包括设定最大提前预约时间、划分预定时间段和滚动预定时间窗口。

6.如权利要求1所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法，其特征是，所述充电预约时间的过期设置包括重新预定提醒、超时预定预留和超时预定自动取消。

7.一种基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度系统，其特征是，在包含多个分散式充电桩的站点设置智能终端，所述智能终端用于充电桩优化调度并生成最优调度方案；所述系统包括：

信息获取模块，用于实时监测每一充电桩的实际输出功率和实际占用时间，并获取监测范围内多辆待充电车辆发送的充电申请；所述充电申请包括充电预约时间、所需充电电池类型和所需充电电量；

优化调度方案生成模块，用于根据时间匹配原则筛选充电桩和待充电车辆，再基于整数规划算法，以最小化未满足充电需求的待充电车辆数量为目标函数，以待充电车辆与充电桩一一匹配、充电桩实际输出功率与待充电车辆所需充电电池类型及电量匹配为约束条件，求解生成充电桩最优调度方案。

8.如权利要求7所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度系统，其特征是，还包括：

匹配充电模块，用于将生成的充电桩最优调度方案发送至对应匹配的充电桩和待充电车辆；相匹配的充电桩和待充电车辆根据接收信息生成识别标识，并在充电时根据识别标识判断充电桩和待充电车辆是否匹配，若判断成功则开启充电。

9.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成如权利要求1-6中任一项所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成如权利要求1-6中任一项所述的基于整数规划和预约充电的充电桩优化调度方法的步骤。