專利名稱：一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略。
背景技術(shù)：
目前，電動(dòng)汽車充電站的發(fā)展非常迅速，已經(jīng)有多個(gè)電池快換式充電站投入運(yùn)營(yíng)，普遍采用的運(yùn)營(yíng)方式是即插即充待換電車輛進(jìn)站后，如已有充好的電池，便換上新充好的電池，同時(shí)把用過(guò)的電池拆下后立即充電，并不考慮基于峰谷分時(shí)電價(jià)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度。在當(dāng)日運(yùn)營(yíng)末期，回站車輛卸下的已用電池將用于次日換電。此時(shí)，ー些快換式充電站會(huì)將這批電池在夜間低估電價(jià)期間充電，以節(jié)省電費(fèi)。然而，在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)，并沒(méi)有相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，根據(jù)進(jìn)站換電車輛流量的歷史數(shù)據(jù)，智能控制充電機(jī)對(duì)電池的充電進(jìn)度，在盡量不造成車輛等待的前提下，將充電任務(wù)平移至電價(jià)較低時(shí)段，從而節(jié)能電費(fèi)支出，達(dá)到充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，包括以下步驟基于充電速度和車輛進(jìn)站流量，推導(dǎo)充電生產(chǎn)能力和進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量；根據(jù)運(yùn)行時(shí)間段，設(shè)定充電生產(chǎn)能力高于進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量一定的裕量，求出充電設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)數(shù)量。進(jìn)ー步,作為ー種優(yōu)選,裕量為零。進(jìn)一歩，作為ー種優(yōu)選，如果所述運(yùn)行時(shí)間段為電價(jià)最低，則對(duì)充電設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)數(shù)量不作限制。本發(fā)明通過(guò)進(jìn)站換電車輛流量的歷史數(shù)據(jù)，智能控制充電機(jī)對(duì)電池的充電進(jìn)度，在盡量不造成車輛等待的前提下，將充電任務(wù)平移至電價(jià)較低時(shí)段，從而節(jié)能電費(fèi)支出，達(dá)到充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)ー步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中圖I為本發(fā)明實(shí)施例運(yùn)行優(yōu)化策略流程圖；圖2為北京奧運(yùn)電動(dòng)公交充電站日進(jìn)站流量圖；圖3為已充電池累積量與電池需量曲線圖4為電池需量與累積量仿真結(jié)果圖；圖5為充電機(jī)限流階段輸入功率曲線及擬合結(jié)果圖；圖6為即插即充方式下日充電負(fù)荷曲線圖；圖7為智能投切方式下日充電負(fù)荷曲線圖。
具體實(shí)施例方式為使上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些具體實(shí)施方式
僅是舉例說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的情況下， 可以對(duì)上述方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)進(jìn)行各種省略、替換和改變。例如，合并上述方法步驟，從而按照實(shí)質(zhì)相同的方法執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果則屬于本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)限定。如圖I所示，一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，包括以下步驟SI、基于充電速度和車輛進(jìn)站流量，推導(dǎo)充電生產(chǎn)能力和進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量；S2、根據(jù)運(yùn)行時(shí)間段，設(shè)定充電生產(chǎn)能力高于進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量一定的裕量，求出充電設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)數(shù)量。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)分析快換式充電站換電規(guī)律及其對(duì)電池需量的影響，研究了求取充電設(shè)備控制數(shù)量最優(yōu)限值的算法，據(jù)此提出了以移峰填谷為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略。以下結(jié)合圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。I、電池需量分析電能補(bǔ)充速度快是快換式電動(dòng)汽車充電站的主要優(yōu)點(diǎn)，公共運(yùn)營(yíng)車輛多采用此種方式，如公交車、環(huán)衛(wèi)車等。該類型充電站必須配置一定數(shù)量的備用電池，并采用即插即充的運(yùn)營(yíng)模式車輛進(jìn)站后快速換裝已經(jīng)充好的備用電池，將拆下的已用電池接入充電機(jī)并立即開(kāi)始充電?？鞊Q式充電站的換電能力要根據(jù)進(jìn)站流量進(jìn)行設(shè)計(jì)和論證，確定充電機(jī)和備用電池的合理數(shù)量以求達(dá)到最佳匹配，滿足進(jìn)站電動(dòng)車輛的換電需求且具備一定裕量。因此，研究經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略首先應(yīng)對(duì)車輛進(jìn)站流量進(jìn)行分析。假設(shè)充電站車輛進(jìn)場(chǎng)流量服從以下公式d=D(t)(I)式中，t為時(shí)間，単位為小吋，t為O即表示毎日的O點(diǎn)整，d為車輛進(jìn)站密度，単位為輛/小時(shí)。由式(I)可以得到電池需量公式nr (t) = / D(t)dt(2)設(shè)電池的充電時(shí)長(zhǎng)為T。，備用電池?cái)?shù)量為Iv則描述電池累積量的公式為nf(t)=b0+ f D(t_Tc)dt (3)則電池裕量為nd(t)=nf (t)-nr(t)(4)快換式充電站的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足電池裕量在任意時(shí)刻都大于0，這與充電設(shè)備數(shù)量、備用電池?cái)?shù)量都有關(guān)系。以北京奧運(yùn)電動(dòng)公交充電站為例，備用電池27組，每組電池的平均充電時(shí)間約為2小時(shí)，正常工作日(周一至周五)的公交車進(jìn)站換電流量如圖2所示。利用式(2)可求得充電站毎日電池需量數(shù)據(jù)，利用式(2)可求取即插即充方式下已充電池的累積量，結(jié)果如圖3所示，兩條曲線沒(méi)有相交點(diǎn)，滿足進(jìn)站換電需求，兩曲線相距最窄處發(fā)生在19點(diǎn)30分，最小值為7組，可見(jiàn)已充電池有充足裕量。2、充電設(shè)備投運(yùn)數(shù)量對(duì)電池供需關(guān)系的影響即插即充方式是快換式充電站普遍采用的電池更換策略，已用電池插接充電設(shè)備后，利用充電監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)充電。該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是管理簡(jiǎn)單，可充分利用備用電池總量產(chǎn)生充足的已充電池裕量。然而，由于快換式充電站的進(jìn)站流量與交通流量具有緊密相關(guān)性，用電負(fù)荷集中于白天且覆蓋電網(wǎng)負(fù)荷的高峰段，如果不采取合理的優(yōu)化策略，就必然造成較高的電費(fèi)成本，也不符合電網(wǎng)負(fù)荷移峰填谷的調(diào)節(jié)目標(biāo)。針對(duì)電網(wǎng)峰谷分時(shí)政策的時(shí)段劃分，限制充電設(shè)備在峰段和平段的投運(yùn) 數(shù)量，適當(dāng)降低已充電池裕量，可以將充電負(fù)荷移至谷段，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。然而，普通動(dòng)カ電池的充電時(shí)長(zhǎng)至少是幾十分鐘，啟動(dòng)充電設(shè)備為電池充電的操作需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才會(huì)影響到已充電池累積量，進(jìn)而影響到電動(dòng)車輛的進(jìn)站換電。因此，必須對(duì)電池的供需關(guān)系進(jìn)行研究分析，利用控制算法確定充電設(shè)備投運(yùn)數(shù)量及其邊界條件。設(shè)峰谷電價(jià)某個(gè)時(shí)段的起始時(shí)刻和終止時(shí)刻分別為h和t2，時(shí)段總長(zhǎng)為Ts，當(dāng)日第I次換電時(shí)刻為b，充電設(shè)備投運(yùn)數(shù)量限值為m臺(tái)。由于限制充電設(shè)備投運(yùn)數(shù)量所產(chǎn)生的影響將一直延續(xù)到充電過(guò)程結(jié)束，所以電池裕量的最低點(diǎn)發(fā)生在t2+T。時(shí)刻，此時(shí)電池需量由式⑵計(jì)算得到Λ-.(A + /；) = [O)已充電池累積量為
4Z2 +Tc",(/っ+ /':> = 々)十 I /ル-ベV/+ I(6)
'r=Lr,A tC對(duì)式(6)變量進(jìn)行替代，得到",(/: + /:) =/い j I\x')Jx^ Λ . (7)
X=ZqC則電池裕量為 Ah + O = nAk + O - nXtI + K)
ら-(■みI，\ r「= - [/AxW-Y+ Λ * · /n(8)
X^h-TcI。令式(8)等于0，求得充電設(shè)備投運(yùn)數(shù)量限值的最小值(最優(yōu)邊界)
(h、.Tc^ τmopt= \_t-b。(9)
[/=H J Js + Ic式(9)具備通用性，據(jù)此可以計(jì)算出設(shè)定時(shí)段內(nèi)充電設(shè)備投運(yùn)數(shù)量的最優(yōu)限值。由公式可知，備用電池?cái)?shù)量越充足則充電設(shè)備可調(diào)節(jié)幅度越大，優(yōu)化效果就越明顯。3、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略的應(yīng)用分析以北京奧運(yùn)電動(dòng)公交充電站為例對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略的應(yīng)用效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，包括兩個(gè)方面運(yùn)行優(yōu)化方案的可行性和充電負(fù)荷的移峰填谷效果。3. I充電機(jī)投運(yùn)數(shù)量最優(yōu)限值的求解及校驗(yàn)表I是北京市峰谷分時(shí)銷售電價(jià)表，深夜和凌晨的連續(xù)8小時(shí)為谷段，其他時(shí)間則為峰段和平段。根據(jù)峰谷分時(shí)電價(jià)時(shí)段的劃分，根據(jù)式(9)可求出多個(gè)充電機(jī)投運(yùn)數(shù)量的最優(yōu)限值。以首個(gè)峰段為例，時(shí)間為10點(diǎn)至15點(diǎn)，令b0=27，Tc=2, Ts=5,圖2所示進(jìn)站流量為分段函數(shù)且均為常數(shù)，很容易計(jì)算出充電機(jī)投運(yùn)數(shù)量的最優(yōu)限值
權(quán)利要求
1.一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，其特征在于，包括以下步驟 基于充電速度和車輛進(jìn)站流量，推導(dǎo)充電生產(chǎn)能力和進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量； 根據(jù)運(yùn)行時(shí)間段，設(shè)定充電生產(chǎn)能力高于進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量一定的裕量，求出充電設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)數(shù)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，其特征在于，所述裕量為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，其特征在于，如果所述運(yùn)行時(shí)間段為電價(jià)最低，則對(duì)充電設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)數(shù)量不作限制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種快換式電動(dòng)汽車充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略，包括以下步驟基于充電速度和車輛進(jìn)站流量，推導(dǎo)充電生產(chǎn)能力和進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量；根據(jù)運(yùn)行時(shí)間段，設(shè)定充電生產(chǎn)能力高于進(jìn)站需求電池?cái)?shù)量一定的裕量，求出充電設(shè)備投入運(yùn)營(yíng)數(shù)量。本發(fā)明既能滿足進(jìn)站換電需要，又可最大程度節(jié)約電費(fèi)。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK102855527SQ20121032868
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者楊少兵, 吳命利, 姜久春, 孫丙香 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)