本发明专利技术涉及属于智能电网技术领域的考虑换电服务可用性的电动汽车换电站容量优化配置方法。确定“先进站先换电”和“即换即充”的运行方式；确定换电服务可用性评价指标；建立换电站运行状态的时序仿真模型，得到各时段各状态动力电池组与车辆数；换电服务评价指标的计算方法；构建换电站容量优化模型的目标函数；确定系统的决策变量及其上下限值；设定换电服务可用性评价指标要求的约束；选用优化算法，计算在不同指标要求下的最优解。本发明专利技术提出了换电站服务可用性指标，对换电站的换电服务做出综合评价，计算简便。本发明专利技术可以对含动力电池充电功能的电动汽车换电站容量优化配置方案提供参考，并且可对已建成的换电站进行服务可用性综合评价。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及属于智能电网
的。确定“先进站先换电”和“即换即充”的运行方式；确定换电服务可用性评价指标；建立换电站运行状态的时序仿真模型，得到各时段各状态动力电池组与车辆数；换电服务评价指标的计算方法；构建换电站容量优化模型的目标函数；确定系统的决策变量及其上下限值；设定换电服务可用性评价指标要求的约束；选用优化算法，计算在不同指标要求下的最优解。本专利技术提出了换电站服务可用性指标，对换电站的换电服务做出综合评价，计算简便。本专利技术可以对含动力电池充电功能的电动汽车换电站容量优化配置方案提供参考，并且可对已建成的换电站进行服务可用性综合评价。【专利说明】
本专利技术涉及，属于智能电网
。
技术介绍
发展电动汽车被世界主要生产国普遍确立为提高汽车产业竞争力、保障能源安全和转型低碳经济的重要途径。目前，对电动汽车能源供给设施主要有交流充电桩、充电站和换电站。交流充电桩安装方便、价格便宜，但是只能进行常规充电，充电时间较长；充电站直流充电相对于交流充电桩可大幅缩短充电时间，会造成电池寿命急剧衰减，对充电接头、充电设施的容量要求也更高,并且充电站停车场占地面积较大,给充电站的建设带来困难；换电站可对动力电池进行常规充电，也便于对电池进行统一维护和管理。对于换电站的建设，《国家电网公司“十二五”电动汽车充电服务网络发展规划》提出了“集中充电、统一配送”的商业运营模式，集中型充电站充电功率大，且可集中控制充电功率，有利于制定电网友好的充电方案，配送站不承担充电功能，没有电网接入的问题，站址选择灵活；由于在电池控制权、标准化建设等方面仍存在较大争议，换电站建设并未得到真正大规模推进。另一种商业运营模式为充换电一体的换电站模式，这种换电模式对于营运车辆和公交车有较好适用性。而对该类换电站配置的研究成果较少，已有研究尚未考虑到换电需求的不确定性，对换电站进行优化配置时未结合其换电能力与换电需求的关系。本文将提出换电服务可用性这一概念，提出换电服务可用性评价指标，在满足一定的指标约束下，对换电站的动力电池和充电机数量进行优化配置。图1为换电站结构示意图，一般电动汽车换电站的系统结构如附图1所示，主要由交流配网、充电机、动力电池组及其更换装置等部分组成，交流配网与低压交流母线相连；低压交流母线连接充电机；动力电池组更换装置从电动汽车中换下动力电池或放在动力电池组存储仓中；充电机给动力电池或放在动力电池组存储仓中的动力电池充电。微分进化(differentialevolution, DE)算法是 Storn 和 Price 在 1995 年为解决切比雪夫多项式问题提出的一种群体智能优化算法，是一种基于群体智能的新兴全局优化方法，具有收敛速度快、可调参数少、鲁棒性好、操作简单等特点。DE的基本思想是:首先基于种群中个体之间的差异重组得到一个试验种群；然后，试验种群与原始种群的个体通过一对一的竞争生存策略形成新一代种群。其整体结构类似于遗传算法，包括种群初始化、变异、交叉和选择操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述不足之处公开了，为示范城市电动汽车充电基础设施建设提供理论依据和技术支撑，并有利于降低换电站的建设成本。本专利技术的技术方案是，，该方法包括下列步骤:步骤1:确定先进站先换电和即换即充的运行方式；所述先进站先换电的运行方式:优先对先进站有换电需求的电动汽车提供换电服务;所述即换即充的运行方式:最大限度使用站内充电机对换下的动力电池组进行充电；步骤2:确定换电服务可用性评价指标；所述换电服务可用性评价指标分为两个换电站服务可用性评价指标:指标I一换电服务日可用率ABSSD、指标2—最大等待时长MWT ;其中，指标I主要是对换电站服务进行总体的评价，指标2主要是对车辆个体换电可能等待的最大时长进行评价；【权利要求】1.，其特征在于，该方法含有步骤: 步骤1:确定先进站先换电和即换即充的运行方式； 所述先进站先换电的运行方式为:优先对先进站有换电需求的电动汽车提供换电服务; 所述即换即充的运行方式为:最大限度使用站内充电机对换下的动力电池组进行充电； 步骤2:确定换电服务可用性评价指标； 所述换电服务可用性评价指标分为两个换电站服务可用性评价指标:指标I一换电服务日可用率ABSSDJ^g 2—最大等待时长MWT，其中，指标I主要是对换电站服务进行总体的评价，指标2主要是对车辆个体换电可能等待的最大时长进行评价；指标1： 2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述优化算法为微分进化算法；所述微分进化算法步骤如下: a.设置种群数量NP，迭代次数iter，变异因子F和杂交因子Cr； b.种群初始化:在决策变量的静态约束下随机生成Np个个体OVm，乂)~lterl； c.进行选择，变异和交叉操作，生成子代种群； d.对子代种群进行静态约束检测，对不满足约束的个体，用下式进行修改:如果 Nb >NBmax，则令 NB = NBmax;如果 NCH>min(ST.λ/PCHmax，Nb-Nt)，则 Nch = min (ST.λ /Pch隱，Nb-Nt)； e.对父代种群和子代种群进行评估，计算种群每个个体的目标值； f.重复c-e直到完成iter次计算。3.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述计算种群每个个体的目标值方法如下:计算动力电池组和充电机购置成本等年值Cs ;选取一段时期内每个时段换电需求，计算每日换电服务日可用率ABSSD，若有不满足指标要求的情况，则表示该个体不满足约束条件，采用罚函数对其进行处理，在选择过程中自动淘汰该个体。【文档编号】G06Q10/04GK103810539SQ201410063173【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日 【专利技术者】路欣怡, 刘念, 张建华 申请人:华北电力大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
考虑换电服务可用性的电动汽车换电站容量优化配置方法，其特征在于，该方法含有步骤：步骤1：确定先进站先换电和即换即充的运行方式；所述先进站先换电的运行方式为：优先对先进站有换电需求的电动汽车提供换电服务；所述即换即充的运行方式为：最大限度使用站内充电机对换下的动力电池组进行充电；步骤2：确定换电服务可用性评价指标；所述换电服务可用性评价指标分为两个换电站服务可用性评价指标：指标1—换电服务日可用率ABSSD、指标2—最大等待时长MWT，其中，指标1主要是对换电站服务进行总体的评价，指标2主要是对车辆个体换电可能等待的最大时长进行评价；指标1：ABSSD=K·(t1-t0)-Σk=1Ktw(k)K·(t1-t0)×100%,]]>指标2：MWT＝max(tw(k)),k＝1,2,···,K；式中，K为全天换电车辆数，t1为一天中统计结束时间，t0为起始时间，tw(k)为第k辆车的等待时长；步骤3：建立换电站运行状态的时序仿真模型，得到各时段各状态动力电池组与车辆数；将全天24小时分为I个时段，每时段时长Δt，充电周期时长为T，则充电周期时段数IC＝T/Δt；第i时段内更换下的动力电池最早在第i+1时段的起始时刻开始充电，在第i+IC+1时段的起始时刻完成充电，满足i+IC+1时段电动汽车的换电需求；设充电时，一台充电机对应一组动力电池，该换电站为NT辆电动汽车服务，一辆电动汽车需要一组动力电池，NS为站内现有动力电池组数，则第i时段站内车辆总数ND(i)由该时段新进站换电的车辆数和上一时段未能换电的车辆数决定：ND(i)=NEV(i)+NO(i‑1)，式中，NEV(i)为新进站换电车辆数，NO(i‑1)为第i‑1时段未能换电的车辆数；定义站内已完成充电即可用的动力电池组数为NA(i)，当NA(i)≥ND(i)，可满足换电需求，实际完成换电数量即等于站内车辆总数ND(i)，该时段需等待换电车辆数NO(i)＝0；当NA(i)＜ND(i)，即可用动力电池储备量不满足该时段换电需求，实际换电数量等于NA(i)，需等待换电车辆数为ND(i)与NA(i)之差；NE(i)＝min(ND(i),NA(i))，NO(i)＝ND(i)‑NE(i)，式中，NE(i)为第i时段实际完成换电的车辆数，NA(i)根据上一时段换电情况和该时段起始时刻新增可用电池组数量计算：NA(i)=NA(i‑1)‑NE(i‑1)+NC(i‑IC)，NC(i‑IC)为第i‑IC时段起始时刻投入充电的动力电池组数量，因动力电池组充电时段数为IC，NC(i‑IC)即为在第i时段起始时刻新增可用动力电池组数量；从上述计算步骤可以看出，为求得每个时段NA(i)和NO(i)，必须已知每时段新增可用动力电池组数量，因此需统计每时段起始时刻新投入充电动力电池组数量NC(i)：第i时段之前换下并且未投入充电的动力电池组，即待充电池组数量为—NW(i)=NS-NA(i)-Ση=i-IC+1i-1NC(η),]]>NC(η)表示第η时段起始时刻新投入充电的动力电池组数量，表示η从i‑IC+1取到i‑1求和；因充电机数量有限，第i时段起始时刻实际投入充电电池组数量受空余充电机数量的约束，新投入充电的电池数量实际为空余充电机的数量，即，NC(i)=min[NW(i),NCH-Σi-IC+1i-1NC(η)],]]>其中，NCH为站内充电机数量；由以上数学模型的计算，即可求出各时段不同状态电池组数量；步骤4：提出换电服务评价指标的计算方法;先将两个指标用离散的时段表示，ABSSD=K·I-Σk=1Kiw(k)K·I×100%,]]>MWT＝max(iw(k)),k＝1,2,···,K，式中，iw(k)为第k次换电车辆需等待时段数；计算ABSSD，其核心问题是求解所有换电车辆等待时段数总和；每辆车在换电站内的任一时段只有换电和等待换电两种状态，当某时段电动汽车可进行换电，其等待状态结束；设每辆车换电状态为1,2,3，…；k1,k2,k3,…为进站换电车次编号；i1,i2,i3,…为时段序号；建立站内各状态电池组时序，则每行等待状态窗格数即为每辆车的等待时段数iw(k)，每列等待状态窗格数即为每时段处于等待换电状态的车辆数，记第i时段处于等待状态车辆数为NO(i)；每时段处于等待状态的车辆数总和即等于每辆车等待时段数总和，即，Σk=1Kiw(k)=Σi=1INO(i),]]>因此，对每辆车等待时段数的计算转化为求每时段处于等待状态车辆数NO(i)，这个通过所述换电站运行状态的时序仿真模型得到；计算每时段需等待...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：路欣怡，刘念，张建华，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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