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電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法

文檔序號:6630317閱讀:428來源:國知局
電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,對換電網(wǎng)絡(luò)中各個單元進(jìn)行獨(dú)立規(guī)劃,分析了電池?cái)?shù)量、物流能力與配送方案的關(guān)系,對換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式進(jìn)行了討論,并基于換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式優(yōu)化建立起換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型。模型以電池組缺額最小為換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式優(yōu)化目標(biāo),并以換電冗余度為判斷準(zhǔn)則,以最小化各個單元的調(diào)整成本為目標(biāo),以滿足電動汽車換電需求為約束條件,兼顧換電網(wǎng)絡(luò)各方之間的利益,對電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃。
【專利說明】
電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動化【技術(shù)領(lǐng)域】,更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源和環(huán)境危機(jī)的日益加劇,新能源汽車以節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢,成為我國七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。并于《電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》中確立了以“純電驅(qū)動”電動汽車作為新能源汽車技術(shù)的發(fā)展方向和重中之重?;陔姵刈赓U的換電模式,并配合包括電動汽車集中型充電站、配送站在內(nèi)的智能充換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是應(yīng)對電動汽車規(guī)模化發(fā)展的一種可行的商業(yè)模式。通過集中型充電站承擔(dān)大規(guī)模的電池充放電功能,并及時(shí)將滿電池通過物流車輛配送至各個配送站,以滿足電動汽車用戶的換電需求。由此可見,在智能充換電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)階段,亟需解決的是電池?cái)?shù)量規(guī)劃、配送站規(guī)劃、物流能力規(guī)劃、集中型充電站規(guī)劃等問題。
[0003]然而,換電網(wǎng)絡(luò)中任何一個單元都不是獨(dú)立運(yùn)行的,任何一個單元的規(guī)劃配置都會對其他單元的性能造成影響,且換電網(wǎng)絡(luò)的各個單元可能分屬于不同公司,往往以自身利益為中心進(jìn)行規(guī)劃,忽視了換電網(wǎng)絡(luò)的整體效率。因此,單個單元的最優(yōu)規(guī)劃往往不一定能達(dá)到整體的最優(yōu),建立各個單元獨(dú)立規(guī)劃模型的同時(shí)必須考慮各單元規(guī)劃的協(xié)調(diào)問題。然而,目前相關(guān)研究都集中于對換電網(wǎng)絡(luò)中各個單元的獨(dú)立規(guī)劃,并沒有考慮到對換電網(wǎng)絡(luò)中各個單元的規(guī)劃進(jìn)行協(xié)調(diào)。鑒于此,有必要對換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃進(jìn)行研究,為換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃奠定10理論基礎(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]本發(fā)明提供了一種電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,其目的在于為未來電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模規(guī)劃建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn):
[0006]基于電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,包括以下步驟:
[0007]I)建立換電網(wǎng)絡(luò)各單元獨(dú)立規(guī)劃模型,包括配送站規(guī)劃、電池?cái)?shù)量規(guī)劃、物流能力規(guī)劃、集中型充電站容量規(guī)劃。
[0008]2)分析物流能力、電池?cái)?shù)量與配送方案的關(guān)系。得到電池?cái)?shù)量規(guī)劃和物流能力規(guī)劃目標(biāo)的一致性,以最小化租賃電池組數(shù)量為目標(biāo)對電池?cái)?shù)量和物流能力進(jìn)行規(guī)劃。
[0009]3)分析換電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式,對電動汽車的換電需求、配送方式、物流能力和電池集中充電策略進(jìn)行研究,則第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量為:
[0010]Ni = min (Qi, Nij0utfullI(I)
[0011]式中,Qi為第i次配送時(shí)的換電需求,Nij0utfull為第i次配送將運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量,式子表示第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量與配送站的換電需求、集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量密切相關(guān),為兩者的最小值。
[0012]4)對換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化,求解使電池組缺額最小時(shí)的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,目標(biāo)函數(shù)如下式所示:
24Ndis
[0013]min Nshw ια,,= Σ Lm (?)~Σ Ni
卜 i (2)
[0014]式中,Nshtjrtage表示電池組缺額,Lniax (t) —周/月的最大換電需求曲線,求解為了使電池組缺額最小時(shí)的配送次數(shù)Ndis和配送時(shí)間Tdis。
[0015]5)對于電池組缺額最小時(shí)的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,如果不能夠滿足換電冗余度要求,需要進(jìn)行換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃。假設(shè)電池?cái)?shù)量和充電設(shè)備需要調(diào)整的量分別為ANb和ANe,以最小化各單元的調(diào)整成本為目標(biāo),則電池?cái)?shù)量需要調(diào)整的目標(biāo)函數(shù)為:
[0016]min F1 = Cb Δ Nb(3)
[0017]充電設(shè)備需要調(diào)整的目標(biāo)函數(shù)為:
[0018]min F2 = Ce Δ Ne(4)
[0019]式中,CB、Ce分別為電池、充電設(shè)備的單位成本系數(shù)。
[0020]引入權(quán)重系數(shù)α,代表電池?fù)碛姓吆统潆娫O(shè)備擁有者的利益關(guān)系和話語權(quán),根據(jù)雙方的博弈結(jié)果進(jìn)行賦值,將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成單目標(biāo)優(yōu)化問題,建立電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型,從而得出換電網(wǎng)絡(luò)各單元調(diào)整量,如下式所示:
[0021]min F = a F1+ (1- a ) F2 = a Cb Δ Nb+ (1- α ) Ce Δ Ne(5)
24^dis
[0022]^shortage^max (,)O
s.t.時(shí)圬 I(6)
[0023]r = rset(7)
[0024]式中,r為最小換電冗余度,rsrt為事先設(shè)定的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)需要的換電冗余度。
[0025]所述步驟I中的換電網(wǎng)絡(luò)各單元獨(dú)立規(guī)劃模型包括如下步驟:
[0026](I)配送站規(guī)劃。假設(shè)根據(jù)某一地區(qū)的換電需求和配送站的服務(wù)半徑已經(jīng)得到某一地區(qū)內(nèi)配送站的位置和容量,并由此可進(jìn)一步通過每一個配送站在每一時(shí)刻的換電需求得到一天內(nèi)集中型充電站在每一時(shí)刻的換電需求。
[0027](2)電池?cái)?shù)量規(guī)劃。在待規(guī)劃的區(qū)域內(nèi),假設(shè)人口數(shù)量為R,平均每人電動汽車擁有率為α,采用換電方式的比例為β ;電動汽車日行駛里程的期望值為E ;電動汽車每充滿一次的行駛里程為L,電動汽車的車載電池組數(shù)量為nevb。
[0028]若不考慮電池在一天當(dāng)中的重復(fù)利用,并假設(shè)集中型充電站的充電容量總能滿足該地區(qū)每天的換電需求,由此可得到一個區(qū)域內(nèi)平均每天需要更換的電池組數(shù)量為:

E
[0029]Nb = Rat1-Hvh
[0030](3)物流能力規(guī)劃。假設(shè)采用招標(biāo)的方式選擇某一物流公司對電池進(jìn)行配送,假設(shè)該物流公司共有物流車輛數(shù)η_,物流車隊(duì)中所有車輛的最大裝載量相同為Qcot,則物流公司的最大運(yùn)送能力為
[0031]Ntmax = ncarQcar(9)
[0032](4)集中型充電站容量規(guī)劃。假設(shè)通過采用⑴中的規(guī)劃方法得到所需要配置的電池?cái)?shù)量Nb,并假設(shè)集中型充電站每天只配送一次,故集中型充電站需按電池組的最大需求量來進(jìn)行充電。
[0033]假設(shè)集中型充電站內(nèi)的充電設(shè)備套數(shù)為Ne,一套充電設(shè)備包含一臺變壓器及所屬的臺充電機(jī),一臺充電機(jī)可同時(shí)滿足nb塊電池組串聯(lián)充電,則集中型充電站最大可滿足Nbniax = Ne.ncharge.nb塊電池組同時(shí)充電。假設(shè)一個電池組的充電時(shí)長為Tdmge,則集中型充電站至少需配置的充電設(shè)備套數(shù)為:
[0034]E ' ^ IAjTchargeHchargeIiJ(10)
[0035]式中,Ceil ()表示向上取整。
[0036]所述步驟3中的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式包括如下內(nèi)容:
[0037](I)換電需求。采用所有預(yù)測日在每一時(shí)刻換電需求的最大值得到該周/月的最大換電需求曲線Lniax (t” t2,…,tn)。則一天當(dāng)中物流車隊(duì)負(fù)責(zé)的配送站總的換電需求為:

24
[0038]^demand Σ乙 ■,Α)/ ? 1、
i=l (H)
[0039](2)配送方式。假設(shè)一天內(nèi)配送次數(shù)為Ndis,則配送次數(shù)的范圍為:
[0040]Ndemand/Ntmax ( Ndis ( 24/Tdis, and, Ndis e {Z}(12)
[0041]式中,Tdis表示單次配送所需時(shí)間,即從集中型充電站出發(fā)至返回到達(dá)集中型充電站所需的時(shí)間。
[0042]假設(shè)每次配送車輛從集中型充電站出發(fā)的時(shí)刻(即配送時(shí)刻)為ti;則配送時(shí)刻需滿足的約束條件為:
[0043]W1 彡 Tdis(13)
[0044]第i次配送時(shí)的換電需求為:

tIM+Tdisjl ( \
[0045]Qi = Σ V,)
6+W2(14)
[0046](3)物流能力。根據(jù)確定的配送數(shù)量可以得到需要的物m車輛數(shù):
[0047]Ncarneed = CeiKmax(Qi)ZQcar)(15)
[0048]一般情況下,所需要的物流車輛數(shù)N_nMd小于物流公司所擁有的車輛數(shù)N_,當(dāng)物流公司滿足不了配送需求時(shí),則需要考慮調(diào)整配送方式或選擇物流能力更大的物流公司。
[0049](4)電池集中充電策略
[0050]物流車輛將滿電池組從集中型充電站運(yùn)到配送站,并同時(shí)將空電池組從配送站運(yùn)回到集中型充電站進(jìn)行集中充電??紤]到電池組管理和配送的方便,對電池組的充電從每次配送返回到達(dá)集中型充電站內(nèi)開始,忽略電池的裝卸等時(shí)間。一天當(dāng)中的可充電時(shí)段根據(jù)相鄰兩次配送返回到達(dá)集中型充電站的時(shí)刻確定。在可充電時(shí)段內(nèi),又可根據(jù)電池組充滿電所需的時(shí)間Tctoge劃分為幾個充電周期。當(dāng)可充電時(shí)段內(nèi)的剩余時(shí)間小于Tctoge時(shí),則不再對電池組進(jìn)行充電,等到下一個可充電時(shí)段再對其充電。
[0051]在第1-Ι次配送運(yùn)回和第i次配送運(yùn)出之前這段時(shí)間內(nèi),集中型充電站的最大可充滿電池?cái)?shù)為:
[0052]Ntbfull = flooii ' ' 1 —) Nbimx
々Aarge(16)
[0053]式中,fl00r()表示向下取整。
[0054]則第i次配送運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)為:
[0055]Nij0utempty = max {O, Ni;inempty-Ni;bfull}(17)
[0056]式中,為第i_l次配送運(yùn)回時(shí)(即第i個可充電時(shí)段的開始時(shí)刻)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)。
[0057]第i次配送將運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量為:
[0058]Ni, outfull = Ne-Ni^1-Nij outempty(18)
[0059]式中,Np1是第1-Ι次的實(shí)際配送量。
[0060]則第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量為:
[0061]Ni = min (Qi, Nij0utfullI(19)
[0062]表示第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量與配送站的換電需求、集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量密切相關(guān),為兩者的最小值。
[0063]在第1-Ι次配送運(yùn)回和第i次配送運(yùn)回之前這段時(shí)間內(nèi),集中型充電站的最大可充滿電池?cái)?shù)為:


tj — t卜'
[0064]=) ^iriax
ch^e (20)
[0065]第i次配送運(yùn)回的空電池?cái)?shù)為第1-Ι次配送運(yùn)出的電池?cái)?shù)Nb。則第i次配送運(yùn)回后(即第i+Ι個可充電時(shí)段的開始時(shí)刻)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)為:
[0066]Ni+1;inempty = Nj^+max {O, Ni;inempty-Ni;bbfull}(21)

【專利附圖】

【附圖說明】
[0067]圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0068]圖2是電池集中充電策略圖。

【具體實(shí)施方式】
[0069]電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法的具體實(shí)施依賴于對換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式的研究,分析物流能力、電池?cái)?shù)量與配送方案的關(guān)系,分析包括換電需求、配送方式、物流能力、電池集中充電策略在內(nèi)的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,基于換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式優(yōu)化建立起換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型,得出電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法。
[0070]下面結(jié)合附圖1中本發(fā)明的方法流程對本發(fā)明中的電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0071]建立換電網(wǎng)絡(luò)各單元獨(dú)立規(guī)劃模型,具體如下:
[0072](I)配送站規(guī)劃。假設(shè)根據(jù)某一地區(qū)的換電需求和配送站的服務(wù)半徑已經(jīng)得到某一地區(qū)內(nèi)配送站的位置和容量,并由此可進(jìn)一步通過每一個配送站在每一時(shí)刻的換電需求得到一天內(nèi)集中型充電站在每一時(shí)刻的換電需求。
[0073](2)電池?cái)?shù)量規(guī)劃。在待規(guī)劃的區(qū)域內(nèi),假設(shè)人口數(shù)量為R,平均每人電動汽車擁有率為α,采用換電方式的比例為β ;電動汽車日行駛里程的期望值為E ;電動汽車每充滿一次的行駛里程為L,電動汽車的車載電池組數(shù)量為nevb。
[0074]若不考慮電池在一天當(dāng)中的重復(fù)利用,并假設(shè)集中型充電站的充電容量總能滿足該地區(qū)每天的換電需求,由此可得到一個區(qū)域內(nèi)平均每天需要更換的電池組數(shù)量為:

E
[0075]Nb = Rafi [ Iicvh
[0076](3)物流能力規(guī)劃。假設(shè)采用招標(biāo)的方式選擇某一物流公司對電池進(jìn)行配送,假設(shè)該物流公司共有物流車輛數(shù)η_,物流車隊(duì)中所有車輛的最大裝載量相同為Qcot,則物流公司的最大運(yùn)送能力為
[0077]Ntfflax = HcarQcar(23)
[0078](4)集中型充電站容量規(guī)劃。假設(shè)通過采用(I)中的規(guī)劃方法得到所需要配置的電池?cái)?shù)量Nb,并假設(shè)集中型充電站每天只配送一次,故集中型充電站需按電池組的最大需求量來進(jìn)行充電。
[0079]假設(shè)集中型充電站內(nèi)的充電設(shè)備套數(shù)為Ne,一套充電設(shè)備包含一臺變壓器及所屬的臺充電機(jī),一臺充電機(jī)可同時(shí)滿足nb塊電池組串聯(lián)充電,則集中型充電站最大可滿足Nbniax = Ne.ncharge.nb塊電池組同時(shí)充電。假設(shè)一個電池組的充電時(shí)長為Tdmge,則集中型充電站至少需配置的充電設(shè)備套數(shù)為:
[0080]= Ceil( WTJt η V ^
^charge charge^ b(24)
[0081]式中,Ceil ()表示向上取整。
[0082]分析換電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式,具體如下:
[0083](I)換電需求。采用所有預(yù)測日在每一時(shí)刻換電需求的最大值得到該周/月的最大換電需求曲線Lniax (t” t2,…,tn)。則一天當(dāng)中物流車隊(duì)負(fù)責(zé)的配送站總的換電需求為:

24
[0084]^demand
YLmJt)/、
,=1.(25)
[0085](2)配送方式。假設(shè)一天內(nèi)配送次數(shù)為Ndis,則配送次數(shù)的范圍為:
[0086]Ndemand/Ntmax ( Ndis ( 24/Tdis, and, Ndis e {Z}(26)
[0087]式中,Tdis表示單次配送所需時(shí)間,即從集中型充電站出發(fā)至返回到達(dá)集中型充電站所需的時(shí)間。
[0088]假設(shè)每次配送車輛從集中型充電站出發(fā)的時(shí)刻(即配送時(shí)刻)為ti;則配送時(shí)刻需滿足的約束條件為:
[0089]W1 彡 Tdis(27)
[0090]第i次配送時(shí)的換電需求為:
,m+W2 / X
[0091]Qi = Σ AmH I^ )
J-(28)
[0092](3)物流能力。根據(jù)確定的配送數(shù)量可以得到需要的物流車輛數(shù):
[0093]Ncarneed = CeiKmax(QiZ)Qcar)(29)
[0094]一般情況下,所需要的物流車輛數(shù)NMmMd小于物流公司所擁有的車輛數(shù)Ν_,當(dāng)物流公司滿足不了配送需求時(shí),則需要考慮調(diào)整配送方式或選擇物流能力更大的物流公司。
[0095](4)電池集中充電策略
[0096]物流車輛將滿電池組從集中型充電站運(yùn)到配送站,并同時(shí)將空電池組從配送站運(yùn)回到集中型充電站進(jìn)行集中充電。考慮到電池組管理和配送的方便,對電池組的充電從每次配送返回到達(dá)集中型充電站內(nèi)開始,忽略電池的裝卸等時(shí)間。一天當(dāng)中的可充電時(shí)段根據(jù)相鄰兩次配送返回到達(dá)集中型充電站的時(shí)刻確定,如附圖2中的Te2、Te3、Te4。在可充電時(shí)段內(nèi),又可根據(jù)電池組充滿電所需的時(shí)間Tctoge劃分為幾個充電周期,如附圖2中的Cp C2,C3O當(dāng)可充電時(shí)段內(nèi)的剩余時(shí)間小于Tctoge時(shí),則不再對電池組進(jìn)行充電,等到下一個可充電時(shí)段再對其充電。附圖2中,ti為第i次配送時(shí)刻,ti+Tdis表示第i次配送返回到達(dá)集中型充電站的時(shí)刻。
[0097]在第1-Ι次配送運(yùn)回和第i次配送運(yùn)出之前這段時(shí)間內(nèi),集中型充電站的最大可充滿電池?cái)?shù)為:

f.— — Tc!‘
[0098]Ν?φπ = β°°}?^Τ--) Nl ?
A./mge(30)
[0099]式中,floor()表示向下取整。
[0100]則第i次配送運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)為:
[0101]Nij0utempty = max {O, Ni;inempty-Ni;bfull}(31)
[0102]式中,Nynempty為第i_l次配送運(yùn)回時(shí)(即第i個可充電時(shí)段的開始時(shí)刻)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)。
[0103]第i次配送將運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量為:
[0104]Ni; outfull — Nb-N^1-N1j outempty(32)
[0105]式中,Np1是第1-Ι次的實(shí)際配送量。
[0106]則第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量為:
[0107]Ni = min (Qi, Nij0utfullI(33)
[0108]表示第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量與配送站的換電需求、集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量密切相關(guān),為兩者的最小值。
[0109]在第1-Ι次配送運(yùn)回和第i次配送運(yùn)回之前這段時(shí)間內(nèi),集中型充電站的最大可充滿電池?cái)?shù)為:


f, — tj-γ
[01 1 O] ^iMhfull =) Nb祖
lChmiie(34)
[0111]第i次配送運(yùn)回的空電池?cái)?shù)為第1-Ι次配送運(yùn)出的電池?cái)?shù)Nb。則第i次配送運(yùn)回后(即第i+Ι個可充電時(shí)段的開始時(shí)刻)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)為:
[0112]Ni+1,inempty = Ni^1+max {O, Ni, inempty-Ni;bbfull}(35)
[0113]對換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化,得到換電冗余度,具體如下:
[0114]對換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化,求解使電池組缺額最小時(shí)的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,如果能夠滿足換電冗余度要求,則不需要再進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃,否則需要進(jìn)行換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃。
[0115]目標(biāo)函數(shù):
24Nils
[0116]min Nsh = Σ ^im, (O ~ Σ Ni
,=1 <=ι(36)
[0117]式中,Nshortage表示電池組缺額,求解為了使電池組缺額最小時(shí)的配送次數(shù)Ndis和配送時(shí)間Tdis。
[0118]定義第i次配送時(shí)的換電冗余度為第i次配送運(yùn)出時(shí)集中型充電站的滿電池?cái)?shù)與第i次配送時(shí)的換電需求Qi之差除以第i次配送時(shí)的換電需求Qi,即:
N- ff "― O
IsOuljullΛ
[0119]rt=--X100%
^(37)
[0120]則換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是否能滿足換電需求取決于一天當(dāng)中的最小換電冗余度,
[0121]即:
[0122]r = Hiinri(38)
[0123]可以設(shè)定換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)需要的換電冗余度,當(dāng),則換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃結(jié)果有冗余,可以調(diào)整減小相應(yīng)單元的規(guī)劃配置= rsrt,則換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃結(jié)果剛好可以滿足目標(biāo)需求,不需要調(diào)整;當(dāng)Krsrt,則換電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃結(jié)果不能滿足目標(biāo)換電需求,需要調(diào)整增大相應(yīng)單元的規(guī)劃配置。
[0124]建立換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型,得出換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,具體如下:
[0125]當(dāng)r古rset時(shí),對換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃,假設(shè)電池?cái)?shù)量和充電設(shè)備需要調(diào)整的量分別為八乂和ANe,以最小化各單元的調(diào)整成本為目標(biāo),則電池?cái)?shù)量需要調(diào)整的目標(biāo)函數(shù)為:
[0126]min F1 = Cb Δ Nb(39)
[0127]充電設(shè)備需要調(diào)整的目標(biāo)函數(shù)為:
[0128]min F2 = Ce Δ Ne(40)
[0129]式中,CB、Ce分別為電池、充電設(shè)備的單位成本系數(shù)。
[0130]由于電池和充電設(shè)備數(shù)量的分別調(diào)整均可影響換電冗余度,而電池的擁有者和充電設(shè)備的擁有者可能屬于不同的公司,因此,引入權(quán)重系數(shù)α,代表電池?fù)碛姓吆统潆娫O(shè)備擁有者的利益關(guān)系和話語權(quán),可以根據(jù)雙方的博弈結(jié)果進(jìn)行賦值,將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成單目標(biāo)優(yōu)化問題,如下式所示:
[0131]min F = a F1+ (1- a ) F2 = a Cb Δ Nb+ (1- α ) Ce Δ Ne(41)
[0132]當(dāng)電池和充電設(shè)備均屬同一公司時(shí),則上式中取α =0.5。
[0133]約束條件為滿足換電需求:
24Ndis
[0134]Nshort =(O -= O
卜I卜I(42)
[0135]r = rset(43)
[0136]總之,本發(fā)明發(fā)明的電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法可以在考慮換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式的情況下,以最小化換電網(wǎng)絡(luò)各單元調(diào)整成本為目標(biāo),兼顧換電網(wǎng)絡(luò)各方利益,對換電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃,為未來電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模規(guī)劃建設(shè)奠定理論基礎(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,其特征在于:包括以下步驟: 1)建立換電網(wǎng)絡(luò)各單元獨(dú)立規(guī)劃模型,包括配送站規(guī)劃、電池?cái)?shù)量規(guī)劃、物流能力規(guī)劃、集中型充電站容量規(guī)劃; 2)分析物流能力、電池?cái)?shù)量與配送方案的關(guān)系,得到電池?cái)?shù)量規(guī)劃和物流能力規(guī)劃目標(biāo)的一致性,以最小化租賃電池組數(shù)量為目標(biāo)對電池?cái)?shù)量和物流能力進(jìn)行規(guī)劃; 3)分析換電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式,對電動汽車的換電需求、配送方式、物流能力和電池集中充電策略進(jìn)行研究,得到第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量為:
Ni = min (Qi, Ni;outfull}(I) 上式中,Qi為第i次配送時(shí)的換電需求,Nij0utfull為第i次配送將運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量,式子表示第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量與配送站的換電需求、集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量密切相關(guān),為兩者的最小值; 4)對換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化,求解使電池組缺額最小時(shí)的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,目標(biāo)函數(shù)如下式所示:
24Nilis //Π./? ^shortage Σ LmJi)-Σ?、
?=1 ?=1 {2) 上式中,Nstotage表示電池組缺額,Lmax (t) —周/月的最大換電需求曲線,求解為了使電池組缺額最小時(shí)的配送次數(shù)Ndis和配送時(shí)間Tdis ; 5)對于電池組缺額最小時(shí)的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,如果不能夠滿足換電冗余度要求,需要進(jìn)行換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃,假設(shè)電池?cái)?shù)量和充電設(shè)備需要調(diào)整的量分別為△乂和ANe,以最小化各單元的調(diào)整成本為目標(biāo),則電池?cái)?shù)量需要調(diào)整的目標(biāo)函數(shù)為: min F1 = Cb Δ Nb(3) 充電設(shè)備需要調(diào)整的目標(biāo)函數(shù)為: min F2 = CeA Ne(4) 上式中,CB、CE分別為電池、充電設(shè)備的單位成本系數(shù); 引入權(quán)重系數(shù)α,代表電池?fù)碛姓吆统潆娫O(shè)備擁有者的利益關(guān)系和話語權(quán),根據(jù)雙方的博弈結(jié)果進(jìn)行賦值,將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成單目標(biāo)優(yōu)化問題,建立電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型,從而得出換電網(wǎng)絡(luò)各單元調(diào)整量,如下式所示:min F = a F1+(1-a ) F2 = a Cb Δ Nb+ (1- α ) Ce Δ Ne(5)
24Ndis
Νshortage= Σ^= 0..s.t.?=ι卜 I(6) r = rset(7) 上式中,r為最小換電冗余度,rset為事先設(shè)定的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)需要的換電冗余度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟I)中的換電網(wǎng)絡(luò)各單元獨(dú)立規(guī)劃模型包括如下步驟: (1.D配送站規(guī)劃;假設(shè)根據(jù)某一地區(qū)的換電需求和配送站的服務(wù)半徑已經(jīng)得到某一地區(qū)內(nèi)配送站的位置和容量,并由此可進(jìn)一步通過每一個配送站在每一時(shí)刻的換電需求得到一天內(nèi)集中型充電站在每一時(shí)刻的換電需求; (1.2)電池?cái)?shù)量規(guī)劃;在待規(guī)劃的區(qū)域內(nèi),假設(shè)人口數(shù)量為R,平均每人電動汽車擁有率為α,采用換電方式的比例為β ;電動汽車日行駛里程的期望值為E ;電動汽車每充滿一次的行駛里程為L,電動汽車的車載電池組數(shù)量為nevb ; 若不考慮電池在一天當(dāng)中的重復(fù)利用,并假設(shè)集中型充電站的充電容量總能滿足該地區(qū)每天的換電需求,由此可得到一個區(qū)域內(nèi)平均每天需要更換的電池組數(shù)量為: 乂=鄉(xiāng)I"。.,(8) (1.3)物流能力規(guī)劃;假設(shè)采用招標(biāo)的方式選擇某一物流公司對電池進(jìn)行配送,假設(shè)該物流公司共有物流車輛數(shù)η_,物流車隊(duì)中所有車輛的最大裝載量相同為Qcot,則物流公司的最大運(yùn)送能力為 Nt max ncarQcar(9) (1.4)集中型充電站容量規(guī)劃;假設(shè)通過采用(I)中的規(guī)劃方法得到所需要配置的電池?cái)?shù)量Nb,并假設(shè)集中型充電站每天只配送一次,故集中型充電站需按電池組的最大需求量來進(jìn)行充電; 假設(shè)集中型充電站內(nèi)的充電設(shè)備套數(shù)為Ne,一套充電設(shè)備包含一臺變壓器及所屬的ncharge臺充電機(jī),一臺充電機(jī)可同時(shí)滿足nb塊電池組串聯(lián)充電,則集中型充電站最大可滿足Nbmax = Ne -Hcharge *nb塊電池組同時(shí)充電。假設(shè)一個電池組的充電時(shí)長為Tctoge,則集中型充電站至少需配置的充電設(shè)備套數(shù)為:
Nr Ne = Cei!{—_---) J^j^ch?a^endimgenb(10) 上式中,Ceil O表示向上取整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車換電網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟3)中的換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式包括如下內(nèi)容: (3.1)換電需求;采用所有預(yù)測日在每一時(shí)刻換電需求的最大值得到該周/月的最大換電需求曲線LniaxU1, t2,…,tn)。則一天當(dāng)中物流車隊(duì)負(fù)責(zé)的配送站總的換電需求為:
24
A' tand - -1 (11) (3.2)配送方式;假設(shè)一天內(nèi)配送次數(shù)為Ndis,則配送次數(shù)的范圍為:
Ndemand/Ntmax ( Ndis ( 24/Tdis, and, Ndis e {Z}(12) 上式中,Tdis表示單次配送所需時(shí)間,即從集中型充電站出發(fā)至返回到達(dá)集中型充電站所需的時(shí)間。 假設(shè)每次配送車輛從集中型充電站出發(fā)的時(shí)刻(即配送時(shí)刻)為\,則配送時(shí)刻需滿足的約束條件為:
^ Tdis(13) 第i次配送時(shí)的換電需求為:
,/+I Qi = ?Χ,Λ) ,,+W2(14) (3.3)物流能力;根據(jù)確定的配送數(shù)量可以得到需要的物流車輛數(shù): Ncarneed = Ceil (max (Qi) Qcar)(15) 一般情況下,所需要的物流車輛數(shù)Nmd小于物流公司所擁有的車輛數(shù)N_,當(dāng)物流公司滿足不了配送需求時(shí),則需要考慮調(diào)整配送方式或選擇物流能力更大的物流公司; (3.4)電池集中充電策略 物流車輛將滿電池組從集中型充電站運(yùn)到配送站,并同時(shí)將空電池組從配送站運(yùn)回到集中型充電站進(jìn)行集中充電??紤]到電池組管理和配送的方便,對電池組的充電從每次配送返回到達(dá)集中型充電站內(nèi)開始,忽略電池的裝卸等時(shí)間。一天當(dāng)中的可充電時(shí)段根據(jù)相鄰兩次配送返回到達(dá)集中型充電站的時(shí)刻確定。在可充電時(shí)段內(nèi),又可根據(jù)電池組充滿電所需的時(shí)間Tctoge劃分為幾個充電周期。當(dāng)可充電時(shí)段內(nèi)的剩余時(shí)間小于Tctoge時(shí),則不再對電池組進(jìn)行充電,等到下一個可充電時(shí)段再對其充電; 在第i_l次配送運(yùn)回和第i次配送運(yùn)出之前這段時(shí)間內(nèi),集中型充電站的最大可充滿電池?cái)?shù)為: NLbJW =伽04'TdU) Nb.1Charge(I 6) 上式中,floor O表示向下取整; 則第i次配送運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)為:
Njj outempty 一 KiaX {O, Ni; inempty_Ni; bfull}(17) 上式中,\iMpty為第1-1次配送運(yùn)回時(shí)(即第i個可充電時(shí)段的開始時(shí)刻)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù); 第i次配送將運(yùn)出時(shí)集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量為:
Njj outfuii — Nb-N^1-N1j outempty(18) 上式中,Ng是第1-Ι次的實(shí)際配送量。 則第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量為:
Ni = min (Qi, Ni;outfull}(19) 表示第i次配送時(shí)的實(shí)際配送量與配送站的換電需求、集中型充電站內(nèi)的滿電池組數(shù)量密切相關(guān),為兩者的最小值。 在第1-Ι次配送運(yùn)回和第i次配送運(yùn)回之前這段時(shí)間內(nèi),集中型充電站的最大可充滿電池?cái)?shù)為:

/.一 /.NiMfilII = flooiiy-^-) Nbtmx chaTse(20) 第i次配送運(yùn)回的空電池?cái)?shù)為第1-Ι次配送運(yùn)出的電池?cái)?shù)Nb。則第i次配送運(yùn)回后(即第i+Ι個可充電時(shí)段的開始時(shí)刻)集中型充電站內(nèi)的空電池?cái)?shù)為:
Ni+i,inempty ^"1-1
+max {0,Niiinempty-NiibbfullI(21)
【文檔編號】G06Q10/06GK104318357SQ201410546720
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】高賜威, 潘樟惠 申請人:東南大學(xué)
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