CN112436536B - 一种高速路新能源汽车充电引导方法及*** - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种高速路新能源汽车充电引导方法及***，包括以下步骤获取新能源汽车的当前位置和剩余里程；根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电；本公开把最低的折扣系数分配给最希望新能源汽车用户充电的服务区，把最高折扣系数分配给最不希望新能源汽车用户充电的服务区，以此引导新能源汽车进入控制***希望它去的服务区，通过智能化的新能源汽车引导方法，实现了更高效的负荷调度和均衡。

Description

一种高速路新能源汽车充电引导方法及***
技术领域
本公开涉及新能源充电控制技术领域，特别涉及一种高速路新能源汽车充电引导方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
由于工业的快速发展消耗了大量的不可再生能源，造成不可再生能源储备量急剧下降以及环境恶化和全球的气候变暖等环境问题。为了节约不可再生能源和保护生态环境寻求可持续发展，世界各国早已开始大力研究高效利用可再生能源和构建综合能源***。风能和光能的利用技术现在已经比较成熟，风能一般在夜晚较为充足，白天相对较少，光能则只在白天才存在，由于风能和光能的不可控性。只能在夜晚用电低谷期舍弃很多风能，白天用电低谷期舍弃很多光能。此外，一天之中的电力负荷变化较大，负荷变化会引起整个电力***的频率、电压、线路的功率和电流都有变化，将会对电力***的稳定性产生很大影响。为了降低负荷高峰，填补负荷低谷。减小电网负荷峰谷差，使发电、用电趋于平衡就需要对电力负荷进行削峰填谷。现在新能源汽车的保有量巨大，每一台新能源汽车都可以看作一个独立的蓄电池，可以通过控制新能源汽车充电削峰填谷。
本公开发明人发现，目前大多利用降低夜间电价的方法引导新能源汽车在夜间充电来实现削峰填谷的目的，这种引导新能源汽车充电的方法过于简单和粗糙，无法实现有效的负荷调度和均衡调整。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种高速路新能源汽车充电引导方法及***，把最低的折扣系数分配给最希望新能源汽车用户充电的服务区，把最高折扣系数分配给最不希望新能源汽车用户充电的服务区，以此引导新能源汽车进入控制***希望它去的服务区，通过智能化的新能源汽车引导方法，实现了更高效的负荷调度和均衡。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种高速路新能源汽车充电引导方法，包括以下步骤：
获取新能源汽车的当前位置和剩余里程；
根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；
当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电。
作为可能的一些实现方式，新能源汽车的剩余电量只能到达预设个数的服务区时，实时给不同新能源汽车能够到达的每个服务区分配一个预设折扣系数，同一新能源汽车的各个服务区折扣系数均不相同。
作为进一步的限定，用户所付充电费为充电桩所计电费与折扣系数的乘积，把最低的折扣系数分配给最希望新能源汽车充电的服务区，把最高折扣系数分配给最不希望新能源汽车充电的服务区。
作为进一步的限定，采用Q-Learning强化学习方法进行各个服务区的折扣系数的赋值。
作为更进一步的限定，Q-Learning强化学习方法中，包括多个动作，每个动作对应选取一个服务区，状态为电力负荷区间以及电力负荷的上升和下降趋势，奖励函数为当前电力负荷减去采取行为后的电力负荷的绝对值的倒数乘以某一系数；
通过不断更新Qtable，把最低的折扣系数给所处状态下Q值最高的动作，最后把最高的折扣系数给所处状态下Q值最低的动作。
本公开第二方面提供了一种高速路新能源汽车充电引导***，包括：
数据获取模块，被配置为：获取新能源汽车的当前位置信息和剩余里程；
服务区获取模块，被配置为：根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；
充电引导模块，被配置为：当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电。
本公开第三方面提供了一种高速路新能源汽车充电***，包括：
多个充电子***、数据服务器和至少一台移动终端；
充电子***至少包括蓄电池充电器、蓄电池、电池电量传感器、逆变器和充电桩，电网电源与蓄电池通过第一电力电子开关连接，蓄电池与逆变器通过第二电力电子开关连接，电网电源与充电桩通过第三电力电子开关连接，逆变器与充电桩连接，充电桩上设有电费计价模块和显示模块；
充电停车位上设有雷达检测模块，充电子***的各个电控元件均与数据服务器通信连接，数据服务器与移动终端通信连接。
本公开第四方面提供了一种高速路新能源汽车充电方法，利用本公开第三方面所述的高速路新能源汽车充电***，包括以下步骤：
移动终端执行本公开第一方面所述的高速路新能源汽车充电引导方法；
电网电力负荷低谷时，第一电力电子开关打开，对蓄电池进行充电，第二电力电子开关关闭，第三电力电子开关打开，电网电源为充电桩供电；
电力负荷高峰时，若电池电量传感器示数不为零则第一电力电子开关关闭，第二电力电子开关打开，第三电力电子开关关闭，蓄电池给充电桩进行供电；
若电池容量为零，第一电力电子开关关闭，第二电力电子开关关闭，第三电力电子开关打开，电网电源给充电桩供电，蓄电池不充电，直到电力负荷小于预设值时恢复充电。
本公开第五方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的高速路新能源汽车充电引导方法中的步骤。
本公开第六方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的高速路新能源汽车充电引导方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的高速路新能源汽车充电引导方法及***，把最低的折扣系数分配给最希望新能源汽车用户充电的服务区，把最高折扣系数分配给最不希望新能源汽车用户充电的服务区，以此引导新能源汽车进入控制***希望它去的服务区，通过智能化的新能源汽车引导方法，实现了更高效的负荷调度和均衡。
2、本公开所述的高速路新能源汽车充电引导方法及***，采用Q-Learning强化学习方法进行各个服务区的折扣系数的赋值，通过更新公式不断更新Qtable，最后把最低的折扣系数给所处状态下Q值最高的动作，最后把最高的折扣系数给所处状态下Q值最低的动作，实现了折扣系数与电力负荷调度的高效匹配控制。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1提供的高速路新能源汽车充电引导方法的流程示意图。
图2为本公开实施例3提供的高速路新能源汽车充电引导***的结构原理图。
图3为本公开实施例3提供的大容量蓄电池和储存柜的结构图。
图4为本公开实施例3提供的移动终端APP的程序流程图。
图中，1、电力电子开关；2、蓄电池充电器；3、大容量蓄电池；3-1、电容量蓄电池接口；3-2、储能用铅酸蓄电池；3-2-1、电池正极；3-2-2、电池负极；3-3、电池储存柜；4、电池电量传感器；5、电力电子开关；6、逆变器；7、电力电子开关；8、充电桩；9、电费计价模块；10、显示模块；11、充电桩停车位；12、雷达监测模块；13、电线；14、数据服务器；15、网络连接；16、移动终端。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本公开实施例1提供了一种高速路新能源汽车充电引导方法，包括以下步骤：
获取新能源汽车的当前位置和剩余里程；
根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；
当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电。
新能源汽车的剩余电量只能到达预设个数的服务区时，实时给不同新能源汽车能够到达的每个服务区分配一个预设折扣系数，同一新能源汽车的各个服务区折扣系数均不相同。
用户所付充电费为充电桩所计电费与折扣系数的乘积，把最低的折扣系数分配给最希望新能源汽车充电的服务区，把最高折扣系数分配给最不希望新能源汽车充电的服务区。
采用Q-Learning强化学习方法进行各个服务区的折扣系数的赋值。
Q-Learning强化学习方法中，包括多个动作，每个动作对应选取一个服务区，状态为电力负荷区间以及电力负荷的上升和下降趋势，奖励函数为当前电力负荷减去采取行为后的电力负荷的绝对值的倒数乘以某一系数；
通过不断更新Qtable，把最低的折扣系数给所处状态下Q值最高的动作，最后把最高的折扣系数给所处状态下Q值最低的动作。
更具体的：
首先需要预先设定好三个折扣系数Γ(Γ>0)，如0.5、1.3和2，在新能源汽车的剩余电量预计只能到达三个服务区时，实时给不同用户能够到达的三个服务区分配三个预先设定好的折扣系数Γ；
用户所付充电费为充电桩电费计价收费模块所计电费乘以折扣系数Γ，不同用户在相同的服务区的折扣系数Γ可能不同，把最低的折扣系数Γ分配给最希望新能源汽车用户充电的服务区，把最高折扣系数Γ分配给最不希望新能源汽车用户充电的服务区，以此引导新能源汽车进入控制***希望它去的服务区；
新能源汽车进入不同服务区充电的实质是在不同的时间进行充电，例如现在的时刻为t0，新能源汽车到达的第一、二和三个服务区的所需要的时间分别为t1、t2和t3，所以就可以在t3的时间间隔内选择t0+t1、t0+t2和t0+t3时刻作为的充电时间，由此调节电力负荷。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种高速路新能源汽车充电引导***，包括：
数据获取模块，被配置为：获取新能源汽车的当前位置信息和剩余里程；
服务区获取模块，被配置为：根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；
充电引导模块，被配置为：当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电。
所述***的工作方法与实施例1提供的高速路新能源汽车充电引导方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
如图2-4所示，本公开实施例3提供了一种高速路新能源汽车充电***，包括若干个充电子***、数据服务器、搭载有控制APP的移动终端；
每个充电子***都包括电力电子开关1、蓄电池充电器2、大容量蓄电池3、电池电量传感器4、电力电子开关5、逆变器6、电力电子开关7、充电桩8、电费计价模块9、显示模块10、充电停车位11、雷达检测模块12、电源线13、数据服务器14、网络连接线15、移动终端APP16；
每个充电桩8都配备一个大容量蓄电池3，大容量蓄电池3包括电池正极3-2-1、电池负极3-2-2和电池储存柜3-3，蓄电池充电器2用来给蓄电池3充电，蓄电池3采用电网电源充电，蓄电池3放电时将电供给充电桩8；
电力电子开关1控制蓄电池3是否充电，电力电子开关5控制蓄电池3是否给充电桩8供电，电力电子开关7控制电网是否给充电桩8供电，逆变器6将蓄电池3输出的直流电转化为交流电供给充电桩3；
雷达检测模块12安装在充电桩停车位11的地面中心检测充电桩8是否被使用；电池电量传感器4获取电池电量信息，电费计价模块9获取数据服务器14的电价信息结合用户用电量给出充电电费；
电力电子开关1、充电桩3、电池电量传感器4、电力电子开关5、电力电子开关7、电费计价模块9和雷达检测模块12均与数据服务器14电信息连接，数据服务器14和载有控制APP的移动终端通过有限或无线网络连接。
大容量蓄电池3由多块储能用铅酸蓄电池3-2先串联后并联组成，该电池使用的温度范围比较广，可以在-30-60度的温度环境下可以正常运行，低温性能好，即使在温度比较低的地区也可以使用，容量一致性好。在蓄电池串联和并联使用中，保持一致性，充电接受能力好；在不稳定的充电环境中，有更强的充电接受能力，寿命长，减少维修和维护成本，降低***总体投资；该大容量蓄电池储存在电池储存柜3-3当中，电池储存柜有若干小隔间，隔间与隔间之间有导线连接，隔间储存单个储能用铅酸蓄电池，便于后期维修养护。
充电子***主体为并联的两条支路，第一条支为电网电源、电力电子开关1、蓄电池充电器1、大容量蓄电池3、电力电子开关5、逆变器6、充电桩8顺序连接；第二条支路为电网电源、电力电子开关7和充电桩8顺序连接；电池电量传感器4连接在蓄电池3上，雷达检测模块12安装在车位中心，电价计费模块9安装在充电桩8上。
所述电费计价模块9通过电价、用电量和折扣系数相乘获得充电电费，在显示模块上显示收费码，数据服务器14接受电网的电力负荷状态控制电力电子开关；
充电子***的电力电子开关(1、5、7)在数据服务器14的控制下开关，具体控制策略为：
电网电力负荷低谷时电力电子开关1打开对蓄电池3进行充电，电力电子开关5关闭电力电子器件7打开充电桩的电源来自电网；
电力负荷高峰时若电池电量传感器4示数不为零则电力电子开关1关闭电力电子开关5打开电力电子开关7关闭蓄电池3给充电桩进行供电；
若电池容量为零电力电子开关1关闭电力电子开关5关闭电力电子开关7打开则电网给充电桩3供电，蓄电池3不充电，直到电力负荷小于预设值时才充电。
控制APP是安装在用户智能移动终端16上的应用软件，具有导航、获取数据、预约充电桩推荐充电功能；
用户打开APP后，APP获取移动终端位置信息进入地图导航***，显示路线上所有配备充电桩的服务器显示为灰色图标；
用户通过移动终端蓝牙或者数据线连接新能源汽车后APP获取汽车的电量、剩余里程信息；
APP根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区突出显示，显示为绿色图标；
当新能源汽车电量只能到达的服务区只有三个时APP推荐折扣系数最低的还有空闲充电桩的充电服务区；
用户可以通过移动终端APP预约充电桩，预约有效时间为20分钟，20分钟后自动取消预约，被预约的充电桩在显示模块10上将显示已预约。
本实施例涉及的数据服务器14能够及时的获取电网电力负荷信息、蓄电池电量信息，控制电力电子开关(1、5、7)开闭信息，也能够获取雷达检测模块12的信息和用户的预约充电桩请求得出哪些充电桩有处于空闲状态，向移动终端发送空闲充电桩信息。
控制算法：
Q-Learning是强化学习算法中value-based的算法，Q即为Q(s,a)就是在某一时刻的s状态下(s∈S，S为所有状态的集合)，采取动作a(a∈A，A为所有动作的集合)动作能够获得收益的期望，环境会根据agent的动作反馈相应的回报reward r，所以算法的主要思想就是将State与Action构建成一张Q-table来存储Q值，然后根据Q值来选取能够获得最大的收益的动作。
Figure BDA0002834713410000111
Q-table的更新公式为：Q(s,a)←Q(s,a)+α[r+γmaxa′Q(s′,a′)-Q(s,a)]，其中α为学习率，γ为奖励性衰变系数。在本***中动作action有三个，分别为选取第一个、第二个和第三个服务区，状态为电力负荷区间和电力负荷的上升、下降趋势，奖励函数为当前电力负荷减去采取行为后的电力负荷的绝对值的倒数乘以系数k。通过更新公式不断更新Qtable，最后把最低的折扣系数给所处状态下Q值最高的动作，最后把最高的折扣系数给所处状态下Q值最低的动作。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的高速路新能源汽车充电引导方法中的步骤。
实施例5：
本公开实施例5提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的高速路新能源汽车充电引导方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高速路新能源汽车充电引导方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取新能源汽车的当前位置和剩余里程；
根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；
当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电；
其中，所述当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，实时给不同新能源汽车能够到达的每个服务区分配一个预设折扣系数，同一新能源汽车的各个服务区折扣系数均不相同；采用Q-Learning强化学习方法进行各个服务区的折扣系数的赋值；
其中，所述Q-Learning强化学习方法中，包括多个动作，每个动作对应选取一个服务区，状态为电力负荷区间以及电力负荷的上升和下降趋势，奖励函数为当前电力负荷减去采取行为后的电力负荷的绝对值的倒数乘以某一系数；
通过不断更新Qtable，把最低的折扣系数给所处状态下Q值最高的动作，最后把最高的折扣系数给所处状态下Q值最低的动作。
2.如权利要求1所述的高速路新能源汽车充电引导方法，其特征在于：
用户所付充电费为充电桩所计电费与折扣系数的乘积，把最低的折扣系数分配给最希望新能源汽车充电的服务区，把最高折扣系数分配给最不希望新能源汽车充电的服务区。
3.一种高速路新能源汽车充电引导***，其特征在于：包括：
数据获取模块，被配置为：获取新能源汽车的当前位置信息和剩余里程；
服务区获取模块，被配置为：根据剩余里程和当前位置计算能够到达的充电服务区；
充电引导模块，被配置为：当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，引导新能源汽车去折扣系数最低且有空闲充电桩的充电服务区进行充电；
其中，所述当新能源汽车电量只能到达的服务区只有预设个数时，实时给不同新能源汽车能够到达的每个服务区分配一个预设折扣系数，同一新能源汽车的各个服务区折扣系数均不相同；采用Q-Learning强化学习方法进行各个服务区的折扣系数的赋值；
其中，所述Q-Learning强化学习方法中，包括多个动作，每个动作对应选取一个服务区，状态为电力负荷区间以及电力负荷的上升和下降趋势，奖励函数为当前电力负荷减去采取行为后的电力负荷的绝对值的倒数乘以某一系数；
通过不断更新Qtable，把最低的折扣系数给所处状态下Q值最高的动作，最后把最高的折扣系数给所处状态下Q值最低的动作。
4.一种高速路新能源汽车充电***，其特征在于：包括：
多个充电子***、数据服务器和至少一台移动终端；
充电子***至少包括蓄电池充电器、蓄电池、电池电量传感器、逆变器和充电桩，电网电源与蓄电池通过第一电力电子开关连接，蓄电池与逆变器通过第二电力电子开关连接，电网电源与充电桩通过第三电力电子开关连接，逆变器与充电桩连接，充电桩上设有电费计价模块和显示模块；
充电停车位上设有雷达检测模块，充电子***的各个电控元件均与数据服务器通信连接，数据服务器与移动终端通信连接；
其中，所述的高速路新能源汽车充电***，包括以下步骤：
移动终端执行权利要求1-2任一项所述的高速路新能源汽车充电引导方法；
电网电力负荷低谷时，第一电力电子开关打开，对蓄电池进行充电，第二电力电子开关关闭，第三电力电子开关打开，电网电源为充电桩供电；
电力负荷高峰时，若电池电量传感器示数不为零则第一电力电子开关关闭，第二电力电子开关打开，第三电力电子开关关闭，蓄电池给充电桩进行供电；
若电池容量为零，第一电力电子开关关闭，第二电力电子开关关闭，第三电力电子开关打开，电网电源给充电桩供电，蓄电池不充电，直到电力负荷小于预设值时恢复充电。
5.一种介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的高速路新能源汽车充电引导方法中的步骤。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2任一项所述的高速路新能源汽车充电引导方法中的步骤。
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