專利名稱：一種基于二維圖形填充的電動汽車充電調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及針對電網(wǎng)的智能充電領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于二維圖形填充的電動汽車充電調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球化石能源面臨枯竭，以內(nèi)燃機作為動力源的傳統(tǒng)機動車正面臨著被淘汰的命運，而使用清潔能源的電動汽車必然會成為未來機動車行業(yè)發(fā)展的新方向。在電動汽車行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的同時，一個新的問題顯現(xiàn)了出來。電動汽車充電帶來的大量電能負荷將給本已經(jīng)負重不堪的電網(wǎng)以沉重的壓力。電力負荷過大不僅會使配電網(wǎng)產(chǎn)生大量負荷，并且會對電網(wǎng)造成很嚴重的諧波污染。如何解決因電動汽車充電而給電網(wǎng)造成的負擔(dān)問題，正是本發(fā)明的主要方面。 由于電動汽車行業(yè)正處于前期發(fā)展階段，國內(nèi)針對電動汽車充電行為對電網(wǎng)影響的研究并不太多，而在電動汽車充電站市場上，針對充電行為調(diào)度的優(yōu)化系統(tǒng)更是少見，基本采用即到即充的無序充電營業(yè)模式。充電站的不同運營模式會對電網(wǎng)造成不同程度的影響，對充電行為的合理規(guī)劃調(diào)度可以在不影響充電站正常運營和用戶需求的基礎(chǔ)上最大程度地減輕因電動汽車充電給電網(wǎng)造成的負面影響。如何通過一個思路簡明清晰而有效的算法來解決電動汽車充電的調(diào)度問題，正是現(xiàn)今發(fā)展電動汽車行業(yè)、建立充電站時需要全力解決的一個重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對用電曲線存在波峰波谷的特點，對電動汽車的充電行為進行了合理規(guī)劃，使其充電時間盡量集中到用電曲線的波谷當(dāng)中去，避免了“峰上加峰”情況的出現(xiàn)，使得用電曲線變得更加平緩。本發(fā)明通過對充電行為的圖形化建模，成功將該充電問題轉(zhuǎn)化為二維圖形的填充問題，并將所有對充電行為的約束條件轉(zhuǎn)化為填充過程中的填充判據(jù)。充電約束條件大致分為電池規(guī)格差異、用戶自定義起止時間兩類，本發(fā)明通過某個填充算法解決了該二維圖形填充問題，并將最終的填充結(jié)果顯示在效果圖上。通過對比無序充電可以看出，本發(fā)明中算法的填充結(jié)果具有很大優(yōu)勢，是一種行之有效的充電調(diào)度方式。為了達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案步驟一首先將錄入的數(shù)據(jù)信息圖像化，構(gòu)建充電模塊填充模型；步驟二 對用電曲線波谷區(qū)域每一個位置點進行遍歷，填入符合條件的充電模塊，并最終輸出填充效果圖。其中，在步驟一中，首先對城市用電曲線進行模擬，用一條擬合曲線代替城市用電曲線，并獲得該擬合曲線的坐標位函數(shù)，該擬合曲線二維圖形的X、Y軸分別為時間軸和功率軸；將充電行為模擬成為本發(fā)明所述充電模塊填充模型中的充電矩形模塊，該矩形模塊的X、Y軸分別為時間軸和功率軸；構(gòu)建充電模塊填充模型后，即可將電動汽車充電問題轉(zhuǎn)化為二維圖形填充問題。
在步驟二中，對用電曲線圍成的波谷區(qū)域內(nèi)所有位置點進行遍歷，判定該點是否能夠填充入充電模塊，遍歷順序為從底部向頂部，不斷尋找用電曲線最低點；選定位置點后，對所有可用充電模塊進行遍歷，選定符合條件的第一個充電模塊填充入該位置，并將用電曲線相應(yīng)區(qū)域上浮等同于該填充模塊功率的高度，形成新的填充曲線，然后繼續(xù)遍歷下一位置點；若該點無法填充，則跳過該點直接遍歷下一位置點，并排除該點對后續(xù)操作的影響；當(dāng)所有位置點遍歷 完成后，將所有未能夠按要求填充的充電模塊都按其本身用戶的自定義要求以最早時間填入用電曲線中，最后輸出填充效果圖。本發(fā)明的優(yōu)點以及積極效果在于本發(fā)明將復(fù)雜的電動汽車充電調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為了二維圖形填充問題，使之能夠比較直觀清晰地得到解決，同時保有很高的真實性與可操作性。相比較沒有運用優(yōu)化算法的無序填充而言，使用本系統(tǒng)填充后的用電曲線明顯更加平和，其對電網(wǎng)造成的壓力更小，具有十分現(xiàn)實的意義。本發(fā)明使用二維圖形模擬并將結(jié)果通過效果圖展示，具備很強的可讀性，其實用效果在眾多優(yōu)化調(diào)度算法中具備更大的優(yōu)勢。


圖I為本發(fā)明步驟一中用電曲線模擬圖；圖2為本發(fā)明步驟一中充電模塊模擬圖；圖3為本發(fā)明步驟二中填充算法流程圖；圖4為電動汽車充電行為模擬填充效果圖。
具體實施例方式本發(fā)明針對用電曲線存在波峰波谷的特點，首先對充電系統(tǒng)進行了模擬，以二維圖像模型描述真實充電系統(tǒng)，然后對電動汽車充電模塊進行有序填充，在不同負荷條件約束下，將充電模塊合理填入用電曲線波谷中，達到充電行為優(yōu)化的目的。主要步驟如下步驟一電動汽車充電行為可以模擬成為一個邏輯性極強的數(shù)學(xué)行為，其每一種不同的選擇操作都可以模擬成為模型中一種相對應(yīng)的數(shù)學(xué)計算過程。本發(fā)明的重點正是通過合理規(guī)劃這些無序的充電操作，來達到減輕電網(wǎng)負荷的目的，這一目的也可以抽象成為數(shù)學(xué)模型中的一個約束條件。因此，就可以將這個人為因素影響嚴重的生活問題，轉(zhuǎn)化為一個相對符合原本條件的二維數(shù)學(xué)模型，并通過二維圖像填充方法，借助編程工具對該問題進行解決。以北京市電網(wǎng)負荷曲線為例，每日用電量波動曲線呈類似正弦曲線模式，每日用電量存在兩個波谷與兩個波峰，兩個波谷為夜間和下午時段，分別為7 8個小時和5 6個小時，而本發(fā)明的充電理論正是針對電網(wǎng)波谷區(qū)域進行充電規(guī)劃。因此可以將波谷區(qū)域單獨截取出來，然后通過圖像處理進行提取，得到一條波谷區(qū)域用電曲線的擬合函數(shù)曲線，然后以該函數(shù)曲線為研究對象進行充電行為模擬，最終得到較為貼近現(xiàn)實的充電數(shù)據(jù)。在該函數(shù)曲線中，X軸代表時間，為白天波谷區(qū)域的5 6小時，Y軸代表充電功率，為每日可用充電功率的總值，如圖I所示。電動汽車充電可以模擬成相應(yīng)的充電矩陣模型，X軸代表時間，Y軸代表充電功率，不同種充電模塊如圖2所示。在這種模擬情況之下，電動汽車充電問題就被轉(zhuǎn)化成為了一種簡明直觀的二維圖形填充問題。本文的充電調(diào)度方法，即是將多種不同車輛相對應(yīng)的充電矩陣模塊，以合理的順序排列調(diào)度后，完美填充到用電曲線的波谷中去，盡量使填充后的曲線更加平緩，達到減輕電網(wǎng)壓力的目的。步驟二 本發(fā)明設(shè)計了一種二維圖形填充算法，并通過MATLAB來實現(xiàn)其功能。由于MATLAB的圖像處理能力較強，比較適合本發(fā)明的內(nèi)容，故此選用其作為實現(xiàn)工具。填充算法采用傳統(tǒng)的空間搜索加回溯的二維圖形填充方法，即從用電曲線底部開始，對用電曲線圍成的波谷區(qū)域內(nèi)所有位置點進行遍歷，判定該點是否能夠填充入充電模塊，遍歷順序為從底部向頂部，不斷尋找用電曲線最低點。選定位置點后，首先判定該填充點的填充方向，加入兩個if判定語句，優(yōu)先對填充點右邊進行填充，否則對填充點左邊進行填充。同時出現(xiàn)左右均有空位時優(yōu)先執(zhí)行第一個if語句，也即向右填充。之后對所有可用充電模塊進行遍歷，選定符合條件的第一個充電模塊填充入該位置。判定條件為該填充點是否符合填充模塊自帶填充信息的起止時間要求，若該填充點早于用戶自定義充電開始時間或晚于用戶自定義充電終止時間，則判定該模塊不予填充，繼·續(xù)遍歷下一充電模塊，直到找到條件符合該位置點的填充模塊為止。填充操作后，將用電曲線相應(yīng)區(qū)域上浮等同于該填充模塊功率的高度，形成新的填充曲線，然后繼續(xù)遍歷下一位置點。若該點無法填充，則跳過該點直接遍歷下一位置點，并排除該點對后續(xù)操作的影響。當(dāng)所有位置點遍歷完成后，將所有未能夠按要求填充的充電模塊都按其本身用戶的自定義要求以最早時間填入用電曲線中，最后輸出填充效果圖。算法流程圖如圖3所示。由于每次填充過后都會以新的用電曲線代替原有用電曲線，因此每次填充過后都會形成一個新的波谷，并且隨著曲線的不斷上浮，這個波谷的曲線會越來越平緩。如此將所有充電模塊填充完成，就等于是將所有充電模塊壓實到了用電曲線之上。這樣的填充方式其實相當(dāng)于對所有充電模塊設(shè)定了優(yōu)先級，優(yōu)先選擇有益于平滑用電曲線并且滿足用戶自定義要求的充電模塊進行填充。最后填充剩余的充電模塊，也即相當(dāng)于后選用戶。填充效果見圖4。
權(quán)利要求
1.一種基于二維圖形填充的電動汽車充電調(diào)度方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一首先將錄入的數(shù)據(jù)信息圖像化，構(gòu)建充電模塊填充模型； 步驟二 對用電曲線波谷區(qū)域每一個位置點進行遍歷，填入符合條件的充電模塊，并最終輸出填充效果圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于二維圖形填充的電動汽車充電調(diào)度方法，其特征在于，步驟一中首先對城市用電曲線進行模擬，用一條擬合曲線代替城市用電曲線，并獲得該擬合曲線的坐標位函數(shù)，該擬合曲線二維圖形的X、Y軸分別為時間軸和功率軸；將充電行為模擬成為所述充電模塊填充模型中的充電矩形模塊，該矩形模塊的X、Y軸分別為時間軸和功率軸；構(gòu)建充電模塊填充模型后，即可將電動汽車充電問題轉(zhuǎn)化為二維圖形填充問題。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于二維圖形填充的電動汽車充電調(diào)度方法，其特征在于，步驟二中對用電曲線圍成的波谷區(qū)域內(nèi)所有位置點進行遍歷，判定該點是否能夠填充 入充電模塊，遍歷順序為從底部向頂部，不斷尋找用電曲線最低點；選定位置點后，對所有可用充電模塊進行遍歷，選定符合條件的第一個充電模塊填充入該位置，并將用電曲線相應(yīng)區(qū)域上浮等同于該填充模塊功率的高度，形成新的填充曲線，然后繼續(xù)遍歷下一位置點；若該點無法填充，則跳過該點直接遍歷下一位置點，并排除該點對后續(xù)操作的影響；當(dāng)所有位置點遍歷完成后，將所有未能夠按要求填充的充電模塊都按其本身用戶的自定義要求以最早時間填入用電曲線中，最后輸出填充效果圖。
全文摘要
本發(fā)明針對用電曲線存在波峰波谷的特點，對電動汽車的充電行為進行了合理規(guī)劃，使其充電時間盡量集中到用電曲線的波谷當(dāng)中去，避免了“峰上加峰”情況的出現(xiàn)，使得用電曲線變得更加平緩。本發(fā)明通過對充電行為的圖形化建模，成功將該充電問題轉(zhuǎn)化為二維圖形的填充問題，并將所有對充電行為的約束條件轉(zhuǎn)化為填充過程中的填充判據(jù)。充電約束條件大致分為電池規(guī)格差異、用戶自定義起止時間兩類，本發(fā)明通過某個填充算法解決了該二維圖形填充問題，并將最終的填充結(jié)果顯示在效果圖上。通過對比無序充電可以看出，本發(fā)明中算法的填充結(jié)果具有很大優(yōu)勢，是一種行之有效的充電調(diào)度方式。
文檔編號G06Q50/06GK102800027SQ20121020221
公開日2012年11月28日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者蘇粟, 姜久春, 璩昌宇, 張維戈, 黃梅, 王瑋 申請人:北京交通大學(xué)