CN103840549A - 电动汽车充电负荷空间调度***及方法 - Google Patents

电动汽车充电负荷空间调度***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动汽车充电负荷空间调度***及调度方法，该***包括电动汽车车载有序充电控制器、电网调度单元和电动汽车调度中心，根据电动汽车车载有序充电控制器提供的充电请求、车辆位置信息、车辆电池剩余电量及额定容量以及电网调度部门提供的各充电站充电负荷是否均匀分配指令，实现对电动汽车充电负荷空间调度，达到防止出现电网局部过负荷、线路拥塞等问题。

Description

电动汽车充电负荷空间调度***及方法
技术领域
本发明涉及充电负荷调度***及方法，特别是涉及电动汽车充电负荷空间调度***及方法。
背景技术
面对能源和环境的压力，发展电动汽车，推进低碳型交通，是中国及世界主要发达国家政府关注的热点，各国均加大了对电动汽车的政策扶持力度。可以预计，未来将有大量电动汽车充电负荷接入电网。然而，作为可以移动的负荷，大规模电动汽车在时间和空间上的无序充电行为不仅会出现电力负荷“峰上加峰”的现象，加大电网峰谷差，而且有可能造成电网局部过负荷、线路拥塞等问题，给电网的稳定运行带来影响。因此，有必要掌握电动汽车充电的功率需求和能量需求特性，研究在时间和空间两个维度上对电动汽车充电负荷的分配引导方法，研发有序充电控制***，实现对电动汽车这一移动负荷的优化调度。根据电动汽车充电负荷空间分布情况，按照电动汽车充电的功率需求和能量需求特性，研究一种既能满足电动汽车用户充电需求，减少充电路程和充电时间，又能使充电负荷尽量均匀分布于电网各供电区域的方法及研发相应的充电调度***是十分必要的。目前国内建设的电动汽车充电网络尚未具有此种充电调度方法的运用。
发明内容
本发明的目的是提出一种电动汽车充电负荷空间调度方法及***，有效解决空间上的无序充电行为造成的电网局部过负荷、线路拥塞等问题，协调电网运行要求与电动汽车充电需求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
电动汽车充电负荷空间调度***，该***包括：
电动汽车车载有序充电控制器，用于用户通过人机界面操作，经由无线通讯网络向电动汽车充电调度中心发送充电请求、车辆位置坐标、车辆电池剩余里程，并通过无线通讯网络接收电动汽车充电调度中心下发的充电站分配结果，并在人机界面显示，告知电动汽车用户；
电网调度单元，负责给出各充电站充电负荷是否按均匀分配指令并传送至电动汽车充电调度中心；
电动汽车充电调度中心，用于对来自电网调度单元的信号进行分析处理，并将处理后的信号传给电动汽车车载有序充电控制器。
进一步，所述电动汽车充电调度中心包括：
数据接收模块，负责将第i个待充电车辆车辆地理位置坐标传送至地理信息***模块，且接收电网调度单元给出的充电站充电负荷是否均匀分配指令并将充电负荷是否均匀分配指令传送给空间分配调度模型建立模块；
所述地理信息***，根据自身数据库查询各车辆至不同充电站的路程并将各车辆至不同充电站的路程传送给空间分配调度模型建立模块；
空间分配调度模型建立模块，根据充电站充电负荷是否均匀分配指令，来自所述电动汽车车载有序充电控制器的充电请求、车辆位置坐标、车辆电池剩余里程，以及所述地理信息***给出的各车辆至不同充电站路程距离，建立电动汽车充电负荷空间分配调度模型；
充电负荷空间分配结果计算模块，采用遗传算法求解第i辆电动汽车分配至哪个充电站并发送给充电负荷空间分配指令输出模块。
充电负荷空间分配指令输出模块,负责将分配结果发送至第i辆电动汽车车载有序充电控制器。
电动汽车充电负荷空间调度方法，该方法包括如下步骤：
1）电网调度单元负责给出M个充电站充电负荷是否均匀分配指令传送至电动汽车充电调度中心的数据接收模块；
2）数据接收模块将第i个待充电车辆地理位置坐标传送至地理信息***模块，该地理信息***模块查询第i辆电动汽车到达第j个充电站的路程为lij并将lij发送给空间分配调度模型建立模块；
3)数据接收模块将充电站充电负荷是否均匀分配指令、第i个待充电车辆充电请求、车辆电池剩余里程limax传送至空间分配调度模型建立模块，地理信息***模块将第i辆电动汽车到达第j个充电站的路程lij传送至空间分配调度模型建立模块；
4)充电负荷空间分配结果计算模块计算第i辆电动汽车在第j个充电站充电的决策变量xij；
5）充电负荷空间分配指令输出模块根据xij将第i个车辆被分配到的充电站下发至第i个电动汽车车载有序充电控制器，有序充电控制器在人机界面显示，告知电动汽车用户分配结果。
进一步，所述步骤4中计算第i辆电动汽车在第j个充电站充电的决策变量xij具体方法如下：
401)输入电动汽车充电负荷空间调度数学模型和算法迭代次数、种群数量，初始化种群编码；
402)解码计算种群适应度目标函数；
403)判断是否达到算法迭代次数，是则停止计算输出xij至充电负荷空间分配指令输出模块5，否则返回步骤404；
404)对遗传算子进行选择、交叉、变异操作，返回步骤402。
本发明的优点在于：
本发明能根据电动汽车车载有序充电控制器提供的充电请求、车辆位置信息、车辆电池剩余电量及额定容量以及电网调度部门提供的各充电站充电负荷是否均匀分配指令，实现对电动汽车充电负荷空间调度，达到防止出现电网局部过负荷、线路拥塞等问题。
附图说明
图1为本发明电动汽车充电负荷空间调度***结构原理图；
图2为电动汽车充电负荷空间调度方法程序流程框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示为本发明电动汽车充电负荷空间调度***结构原理图，该调度***包括
电动汽车车载有序充电控制器1，用于用户通过人机界面操作，经由无线通讯网络（GPRS或3G）向电动汽车充电调度中心发送充电请求、车辆位置坐标、车辆电池剩余里程，并通过无线通讯网络（GPRS或3G）接收电动汽车充电调度中心下发的充电站分配结果，并在人机界面显示，告知电动汽车用户；电网调度单元2，负责给出各充电站充电负荷是否按均匀分配指令并传送至电动汽车充电调度中心；电动汽车充电调度中心3，用于对来自电网调度单元的信号进行分析处理，并将处理后的信号传给电动汽车车载有序充电控制器。
所述电动汽车充电调度中心3包括：数据接收模块4，负责将第i个待充电车辆车辆地理位置坐标传送至地理信息***模块，且接收电网调度部门给出的充电站充电负荷是否均匀分配指令并将充电负荷是否均匀分配指令传送给空间分配调度模型建立模块；所述地理信息***5，根据自身数据库查询各车辆至不同充电站的路程并将各车辆至不同充电站的路程传送至空间分配调度模型建立模块；空间分配调度模型建立模块6，根据充电站充电负荷是否均匀分配指令，来自所述电动汽车车载有序充电控制器的充电请求、车辆位置坐标、车辆电池剩余里程，以及所述地理信息***给出的各车辆至不同充电站路程距离，建立电动汽车充电负荷空间分配调度模型；充电负荷空间分配结果计算模块7，采用遗传算法求解第i辆电动汽车分配至哪个充电站并发送给充电负荷空间分配指令输出模块。充电负荷空间分配指令输出模块8,负责将分配结果发送至第i辆电动汽车车载有序充电控制器。
基于上述技术方案，本发明电动汽车充电调度中心对充电车辆在各充电站间的空间分配进行调度，既满足车辆充电需求又能使电网负荷起到均匀分配的作用，协调电网运行与电动汽车充电需求。
本发明还提供一种电动汽车充电负荷空间调度方法，如图2所示为调度方法程序流程图，详细步骤如下：
步骤1：电网调度部门负责给出M个充电站充电负荷是否均匀分配指令传送至电动汽车充电调度中心数据接收模块4，如果指令为“是”则充电负荷空间调度数学模型将式
Figure BDA00002431466700041
作为目标函数1，将式作为目标函数2；如果指令为“否”则充电负荷空间调度数学模型仅将式
Figure BDA00002431466700043
作为目标函数。假设某时刻有N辆待充电车辆通过车载有序充电控制器向电动汽车充电调度中心数据接收模块1发出充电请求，第i个待充电车辆车载有序充电控制器将第i个待充电车辆车辆地理位置坐标、车辆电池剩余里程limax发送至电动汽车充电调度中心数据接收模块4。
步骤2：数据接收模块4将第i个待充电车辆车辆地理位置坐标传送至地理信息***模块5。地理信息***模块5查询第i辆电动汽车到达第j个充电站的路程为lij并，将lij发送给空间分配调度模型建立模块6。
步骤3：数据接收模块4将充电站充电负荷是否均匀分配指令、第i个待充电车辆充电请求、车辆电池剩余里程limax传送至空间分配调度模型建立模块6。地理信息***模块5将第i辆电动汽车到达第j个充电站的路程lij传送至空间分配调度模型建立模块6。基于以上数据，空间分配调度模型建立模块6计算待充电车辆数N、充电站数量M以及第i辆电动汽车到第j个充电站充电的时间tij=lij/v（v为城市道路平均车速，一般取0.5公里/分钟）。将第i辆电动汽车是否在第j个充电站充电的决策变量xij作为待求解变量，xij等于1即表示第i个车辆分配到第j个充电站，0则反之。空间分配调度模型建立模块6根据前述充电负荷是否均匀分配指令将式
Figure BDA00002431466700051
作为目标函数1，式中：
Figure BDA00002431466700052
为在第j个充电站充电的电动汽车数量；
Figure BDA00002431466700053
为各充电站的平均充电车辆数。将式
Figure BDA00002431466700054
作为目标函数2，式中：uij=lij+tij为第i辆电动汽车到第j个充电站的充电时间和充电路程之和。将
Figure BDA00002431466700055
作为分配约束条件（即每辆车只能分配至一个充电站），将lij≤limax作为路程约束条件，limax为第i辆车辆电池剩余里程，建立电动汽车充电负荷空间调度数学模型（即目标函数+分配约束条件+路程约束条件）。空间分配调度模型建立模块6将电动汽车充电负荷空间调度数学模型发送至充电负荷空间分配结果计算模块7。
步骤4：充电负荷空间分配结果计算模块7采用遗传算法求解第i辆电动汽车在第j个充电站充电的决策变量xij。具体描述如下：
A）输入电动汽车充电负荷空间调度数学模型和算法迭代次数、种群数量，初始化种群（编码）。
B）解码计算种群适应度（目标函数）。
C）判断是否达到算法迭代次数，是则停止计算输出xij至充电负荷空间分配指令输出模块5，否则返回步骤D。
D）对遗传算子进行选择、交叉、变异操作，返回步骤B。
步骤5：充电负荷空间分配指令输出模块8根据xij将第i个车辆被分配到的充电站下发至第i个电动汽车车载有序充电控制器，有序充电控制器在人机界面显示，告知电动汽车用户分配结果。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.电动汽车充电负荷空间调度***，其特征在于，该***包括：
电动汽车车载有序充电控制器，用于用户通过人机界面操作，经由无线通讯网络向电动汽车充电调度中心发送充电请求、车辆位置坐标、车辆电池剩余里程，并通过无线通讯网络接收电动汽车充电调度中心下发的充电站分配结果，并在人机界面显示，告知电动汽车用户；
电网调度单元，负责给出各充电站充电负荷是否按均匀分配指令并传送至电动汽车充电调度中心；
电动汽车充电调度中心，用于对来自电网调度单元的信号进行分析处理，并将处理后的信号传给电动汽车车载有序充电控制器。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电负荷空间调度***，其特征在于，所述电动汽车充电调度中心包括：
数据接收模块，负责将第i个待充电车辆车辆地理位置坐标传送至地理信息***模块，且接收电网调度单元给出的充电站充电负荷是否均匀分配指令并将充电负荷是否均匀分配指令传送给空间分配调度模型建立模块；
所述地理信息***，根据自身数据库查询各车辆至不同充电站的路程并将各车辆至不同充电站的路程传送给空间分配调度模型建立模块；
空间分配调度模型建立模块，根据充电站充电负荷是否均匀分配指令，来自所述电动汽车车载有序充电控制器的充电请求、车辆位置坐标、车辆电池剩余里程，以及所述地理信息***给出的各车辆至不同充电站路程距离，建立电动汽车充电负荷空间分配调度模型；
充电负荷空间分配结果计算模块，采用遗传算法求解第i辆电动汽车分配至哪个充电站并发送给充电负荷空间分配指令输出模块。
充电负荷空间分配指令输出模块,负责将分配结果发送至第i辆电动汽车车载有序充电控制器。
3.电动汽车充电负荷空间调度方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）电网调度单元负责给出M个充电站充电负荷是否均匀分配指令传送至电动汽车充电调度中心的数据接收模块；
2）数据接收模块将第i个待充电车辆地理位置坐标传送至地理信息***模块，该地理信息***模块查询第i辆电动汽车到达第j个充电站的路程为lij并将lij发送给空间分配调度模型建立模块；
3)数据接收模块将充电站充电负荷是否均匀分配指令、第i个待充电车辆充电请求、车辆电池剩余里程limax传送至空间分配调度模型建立模块，地理信息***模块将第i辆电动汽车到达第j个充电站的路程lij传送至空间分配调度模型建立模块；
4)充电负荷空间分配结果计算模块计算第i辆电动汽车在第j个充电站充电的决策变量xij；
5）充电负荷空间分配指令输出模块根据xij将第i个车辆被分配到的充电站下发至第i个电动汽车车载有序充电控制器，有序充电控制器在人机界面显示，告知电动汽车用户分配结果。
4.根据权利要求3所述的电动汽车充电负荷空间调度方法，其特征在于，所述步骤4中计算第i辆电动汽车在第j个充电站充电的决策变量xij具体方法如下：
401)输入电动汽车充电负荷空间调度数学模型和算法迭代次数、种群数量，初始化种群编码；
402)解码计算种群适应度目标函数；
403)判断是否达到算法迭代次数，是则停止计算输出xij至充电负荷空间分配指令输出模块5，否则返回步骤404；
404)对遗传算子进行选择、交叉、变异操作，返回步骤402。
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