一種電動汽車充換電站優(yōu)化布局系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種電動汽車充換電站優(yōu)化布局系統(tǒng)，設(shè)及電動汽車能力管理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于充換電站規(guī)劃問題，已初步形成了充換電站規(guī)劃的基本原理、方法步驟。合理 的充換電站規(guī)劃，對于提高用戶的便利度，減小其對電網(wǎng)的不利影響等方面，都有積極的作 用。但也存在一些問題，例如:對充換電站規(guī)劃方案的優(yōu)選目標(biāo)分析不到位，不能與電動汽 車市場運作的模式和發(fā)展方向契合，計算方法分析不深入;規(guī)劃模型的約束條件未能將交 通路網(wǎng)、電力網(wǎng)絡(luò)、用戶需求、市政規(guī)劃等統(tǒng)籌考慮，導(dǎo)致模型不完善，說服力較小等。因此， 對充換電站規(guī)劃問題設(shè)及的各方利益進(jìn)行了分析，需要一種在滿足快充需求的前提下，使 充換電站的建設(shè)成本、快充途中耗時成本、到站排隊等候時間成本Ξ者最小為目標(biāo)的規(guī)劃 方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電動汽車充換電站優(yōu)化布局系統(tǒng)，該系統(tǒng) 目的在于可W根據(jù)讀取某區(qū)域的電動汽車數(shù)量，千人汽車保有量和負(fù)荷預(yù)測值等數(shù)據(jù)，通 過綜合數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)做出最優(yōu)的電動汽車充換電站優(yōu)化布局方案。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種電動汽車充換電站優(yōu)化布局系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分 析系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。
[0006] 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用USB-1608FS-PLUS模塊，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端采用第一 通訊線與數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸入端相連，所述第一通訊線為USB3.0通用串行總線；
[0007] 所述數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)包括Intel 8255A忍片，數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸入端與數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的輸出端連接，數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸出端通過第二通訊線與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸入端連接， 所述第二通訊線為CAN總線；
[000引所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用PC機，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸入端連接數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸出 端，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸出端通過第Ξ通訊線連接決策系統(tǒng)的輸入端，所述第Ξ通訊線為CAN 總線；
[0009] 所述決策系統(tǒng)包括ARM STM32F107忍片，決策系統(tǒng)的輸出端通過第四通訊線連接 數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)，所述第四通訊線為USB3.0通用串行總線；
[0010] 所述數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)采用I/O接口，數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)的輸入端連接決策系統(tǒng)的輸出端， 數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)的輸出信息包括電動汽車充換電站的最優(yōu)容量和最佳選址。
[0011] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于將采集到的數(shù)據(jù):車流量信息，電網(wǎng)質(zhì)量信息，電動汽車負(fù)荷 時空分布信息，人口信息W及消費發(fā)展水平信息等寫入數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)；
[0012] 數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，用于將采集到的信息通過數(shù)據(jù)傳遞，將數(shù)據(jù)呈交給數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；
[0013] 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括模型建立子系統(tǒng)、約束處理子系統(tǒng)、成本分析子系統(tǒng)、優(yōu)化算 法；
[0014] 模型建立子系統(tǒng)，用于建立優(yōu)化布局區(qū)域內(nèi)的數(shù)學(xué)模型；
[0015] 約束處理子系統(tǒng)，用于綜合處理優(yōu)化布局過程中應(yīng)該考慮的各種限制條件；
[0016] 成本分析子系統(tǒng)，用于具體計算優(yōu)化布局系統(tǒng)的總成本；
[0017] 決策系統(tǒng)，用于最終確定該區(qū)域電動汽車充換電站的最優(yōu)選址和容量；
[0018] 數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)，用于將決策系統(tǒng)的最終決策信息輸出給優(yōu)化布局的決策者。
[0019] 本發(fā)明一種電動汽車充換電站優(yōu)化布局系統(tǒng)，有益效果如下：
[0020] 1)、本發(fā)明通過建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集需要規(guī)劃的電動汽車充換電站區(qū)域的有 效信息，通過數(shù)據(jù)傳遞模塊，將收集的信息傳遞給數(shù)據(jù)分析模塊加 W處理，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中 的約束處理子系統(tǒng)全面分析規(guī)劃過程中應(yīng)該考慮的約束，成本分析子系統(tǒng)實際為目標(biāo)函數(shù) 建立模塊，構(gòu)建規(guī)劃過程中W充換電站的建設(shè)成本、快充途中耗時成本與到站排隊等候時 間成本Ξ者最小，優(yōu)化算法為粒子群算法，運用該智能算法對建立的實際可靠模型進(jìn)行求 解，數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)將最終的仿真結(jié)果，通過數(shù)據(jù)傳遞通道送至決策系統(tǒng)，做出該區(qū)域電動 汽車充換電站優(yōu)化布局方案。
[0021] 2)、本發(fā)明可W根據(jù)讀取某區(qū)域的電動汽車數(shù)量，千人汽車保有量和負(fù)荷預(yù)測值 等數(shù)據(jù)，通過綜合數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對該規(guī)劃區(qū)域建立高可靠性的仿真模型，然后采用高精 度，收斂速度快，全局性好的粒子群算法對該區(qū)域的仿真模求解，通過決策模塊做出最優(yōu)的 電動汽車充換電站優(yōu)化布局方案。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析到最終做出優(yōu)化布局決策的流程圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明的規(guī)劃方案圖。
【具體實施方式】
[0025] -種電動汽車充換電站優(yōu)化布局系統(tǒng)，其硬件實時控制系統(tǒng)包括能夠準(zhǔn)確收集某 區(qū)域可靠信息的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能將采集信息寫入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，能準(zhǔn)確、全面、綜 合權(quán)衡運營商和電動汽車充電用戶之間利益的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，能根據(jù)準(zhǔn)確的分析結(jié)果做出 最后決策的決策系統(tǒng)W及數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[00%]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用USB-1608FS-PLUS模塊;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端采用通訊 線與數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸入端相連，所述通訊線為USB3.0通用串行總線，所述通訊線兼容 USB2.0，傳輸速率快，USB3.0可W在存儲器件所限定的存儲速率下傳輸大容量數(shù)據(jù)，例如， 一個采用USB3.0的閃存驅(qū)動器可W在15秒鐘將1GB的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到另外一個終端，而USB 2.0 則需要43秒，USB3.0的最大傳輸帶寬高達(dá)5. OGbps(即640MB/S)，而USB2.0的最大傳輸帶寬 為480Mbps(即60MB/s)，USB3.0引入全雙工數(shù)據(jù)傳輸，5根線路中2根用來發(fā)送數(shù)據(jù)，另2根用 來接收數(shù)據(jù)，還有1根是地線。也就是說，USB 3.0可W同步全速地進(jìn)行讀寫操作，W前的USB 版本并不支持全雙工數(shù)據(jù)傳輸。
[0027]所述數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)采用Intel 8255A(PPI)忍片組成，數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸入端與數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端，已如上所述;數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的輸出端采用通訊線與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的 輸入端相連，所述通訊線為CAN總線，具有實時性強、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強、成 本低等優(yōu)點；采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;具有優(yōu)先 權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，可靠的錯誤處理和檢錯機制， 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)，節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能。
[0028] 所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用PC機，采用全分布的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和冗余的計算機硬件配 置，主干網(wǎng)絡(luò)采用1000M/100MW太網(wǎng)交換機組成的雙網(wǎng)冗余構(gòu)成。計算機硬件采用RISC忍 片的HP Alpha/IBM/SUN服務(wù)器/工作站分布于網(wǎng)絡(luò)中；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸入端連接至數(shù)據(jù) 輸入系統(tǒng)的輸出端，已如上所述。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由模型建立子系統(tǒng)、約束處理子系統(tǒng)、成本 分析子系統(tǒng)和優(yōu)化算法構(gòu)成，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)為中央處理器，通過CAN總線與模型建立子 系統(tǒng)、約束處理子系統(tǒng)、成本分析子系統(tǒng)和優(yōu)化算法模塊相連;數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸出端通過 通訊線連接至決策系統(tǒng)輸入端，所述通訊線采用CAN總線。
[0029] 所述決策系統(tǒng)采用ARM STM32F107忍片組成;決策系統(tǒng)的輸入端通過CAN總線與數(shù) 據(jù)分析系統(tǒng)的輸出端相連，決策系統(tǒng)的輸出端采用通訊線連接至數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)的輸入端， 所述通訊線為USB3.0通用串行總線，其優(yōu)點已述。
[0030] 所述數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)采用I/O接口，數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)的輸入端連接至決策系統(tǒng)的輸出 端，數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)輸出的信息包括電動汽車充換電站的最優(yōu)容量和最優(yōu)選址。
[0031] 軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測與收集模塊、數(shù)據(jù)命令傳輸控制接口、多目標(biāo)控制策略模 塊、仿真平臺、粒子群智能算法模塊等。
[0032] -種電動汽車充換電站優(yōu)化布局方法，包括如下步驟：
[0033] 步驟1:運用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的有效信息
[0034] 步驟1.1:所述規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的有效信息包括:在規(guī)劃水平年，空間負(fù)荷預(yù)測綜合考 慮了小區(qū)用地性質(zhì)、面積和人口信息，負(fù)荷預(yù)測值可W反映小區(qū)生活和消費的發(fā)展水平，隨 著電動汽車技術(shù)的成熟和人們環(huán)保意識的增強，高發(fā)展水平小區(qū)電動汽車的購置能力更 強。規(guī)劃水平年，電動汽車數(shù)量可根據(jù)城市的千人汽車保有量與小區(qū)人口預(yù)測，并考慮小區(qū) 負(fù)荷預(yù)測值修正，表示為：
[0037] 式中：Nj為區(qū)域j電動汽車數(shù)量;λ為水平年千人汽車保有量;aj為水平年區(qū)域j人 口；b為電動汽車份額;pi j為水平年小區(qū)j負(fù)荷預(yù)測值，pEQ為規(guī)劃范圍水平年負(fù)荷預(yù)測平均 值;D為小區(qū)集合;f為向上取整函數(shù);η為小區(qū)集合數(shù)。
[0038] 步驟1.2:將所述信息采集W后通過數(shù)據(jù)傳輸通道，借助數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)將有效信息
[0039] 傳遞至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
[0040] 步驟2:數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中的成本分析子系統(tǒng)，建立優(yōu)化布局的目標(biāo)函數(shù)。
[0041] 步驟2.1:所述目標(biāo)函數(shù)為充換電站的建設(shè)成本、快充途中耗時成本和到站排隊等 候時間成本Ξ者最小。
[0042] 具體表不為：
[0043] min fcost 二 fconstr+ftcos+fwaitc (3)
[0044] 式中：fcDst為公共充換電站的社會年總成本;fcDnstr為公共充換電站的年建設(shè)運行 成本;ftEDS為用戶快充途中年耗時成本;fwait。為用戶到站排隊等候年時間成本。
[0045] 步驟2.2:所述公共充換電站年建設(shè)運行成本年建設(shè)運行成本包括年固定投資和 年運行成本。固定投資主要是充電機、±地、配電變壓器和其他輔助設(shè)備的投資成本。運行 成本主要是充換電站的人員工資和設(shè)備維護(hù)等成本。充電機是固定投資的決定因素，充電 機數(shù)量體現(xiàn)了充換電站規(guī)模，充電機越多，服務(wù)車輛越多，占地面積越大，相應(yīng)的±地購置 和配電變壓器及其他輔助設(shè)備的固定投資越大，同時管理人員越多，運行維護(hù)成本也越大。 因此，固定投資和運行成本都是充電機數(shù)量化barge的函數(shù)。年建設(shè)運行成本可表示為：
[0046] (4)
[0047] 式中：fcons1:;r(Ncharge)為充換電站i的固定投資函數(shù);fopera(Ncharge)為充換 電站i的年運行成本函數(shù)，可按固定投資的一定比例取值;Ncharge為充換電站i的充電機數(shù) 量;β日為貼現(xiàn)率;yd邱r為充換電站的折舊年限;Dconstr為充換電站集合。
[0048] 步驟2.3:用戶充電途中年耗時成本計算，充電途中年耗時成本主要由快充需求點 到充換電站的距離決定，可表示為：
[0049] (日）
[0050] 式中：丫為城市出行時間成本系數(shù);dlij為需求點j到充換電站i的城市道路非直 線系數(shù)；d2ij為需求點j到充換電站i的空間直線距離；V為城市交通平均行駛速度； 化onstri為屬于充換電站i的快充需求點集合。
[0051] 步驟2.4:用戶到站排隊等候年