CN113642905B - 共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，允许一辆共享电动汽车的电量需求被多辆移动充电车辆提供，共享电动汽车的硬服务时间窗限制被满足，允许位于同一聚集点的共享电动汽车可以同时被同一辆移动充电车辆服务充电，移动充电车辆的电池容量限制被满足，使用商业求解软件CPLEX求解每辆移动充电车辆的路径；求解方法包括以下步骤：(1)定义模型所基于图；(2)定义模型评价指标；(3)定义流平衡约束；(4)定义移动充电车电量约束；(5)定义移动充电车辆时间窗约束。本发明提高了共享电动汽车的充电效率和移动充电车辆的服务效率。

Description

共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法

技术领域

本发明涉及共享充电技术领域，尤其涉及一种共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法。

背景技术

由于共享电动汽车无尾气排放，噪音低等特点，其作为一种新兴的出行模式被大众普遍接收。在众多共享电动汽车共享模式中，自由流动型(Free-floating)共享电动汽车由于其不受限制的停车位置使其更多被大众所选择。然而，以出行为目的的用户则仅选择电量充足的共享电动汽车出行，并将车辆随意停靠在停车地点。受欢迎的停车地点，例如购物中心，写字楼等，通常闲置充电桩不足，不足以为电量不足的共享电动汽车补充电量。移动充电车作为一种可以灵活移动至待补充电量的共享电动汽车停车点为其补充电量的方式可以有效解决电量不足共享电动汽车的电量补充问题，并且可以有效利用共享电动汽车在受欢迎地点聚集的优势。

存在的问题、不足：

1.传统的调度电量不足的共享电动汽车去充电站补充电量的方法效率低下；

2.传统单辆共享电动汽车的充电需求仅被一辆移动充电车满足；

3.传统强制用户归还电量不足共享电动汽车去近距离充电站的方法阻碍共享电动汽车的选择；

4.传统调度电量不足的共享电动汽车无法充分利用共享电动汽车在受欢迎地点聚集的优势。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法。

本发明采用的技术方案是：

一种共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于，允许一辆共享电动汽车的电量需求被多辆移动充电车辆提供，共享电动汽车的硬服务时间窗限制被满足，允许位于同一聚集点的共享电动汽车可以同时被同一辆移动充电车辆服务充电，移动充电车辆的电池容量限制被满足，使用商业求解软件CPLEX求解每辆移动充电车辆的路径；求解方法包括以下步骤：

(1)定义模型所基于图；

(2)定义模型评价指标；

(3)定义流平衡约束；

(4)定义移动充电车电量约束；

(5)定义移动充电车辆时间窗约束。

进一步地，所述的共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于：所述步骤(1)包括如下步骤：

(1-1)定义模型所基于图，形式如下：

C＝{1，2，...，N}为共享电动汽车聚集节点集合，其中N为总的共享电动汽车聚集节点的数目，每个聚集节点可能停留多辆共享电动汽车，为确定位于同一共享电动汽车聚集节点的共享电动汽车是否已经被服务以及被哪辆移动充电车辆服务的，集合C′被定义，且集合C′内的节点上仅停留一辆共享电动汽车；0和N+1为场站位于同一位置；所有移动充电车辆k∈K均从场站0出发为共享电动汽车提供充电服务，并在完成所安排服务后最终返回场站N+1；定义路段集合A＝{(i，j)|i，j∈C′∪{0，N+1}}；因此，考虑共享电动汽车充电需求可拆分的移动充电车辆并行服务路径规划方法定义于图G＝(C′∪{0，N+1}，A)。

进一步地，所述的共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于：所述步骤(2)包括如下步骤：

(2-1)定义模型评价指标，形式如下：

minα₁∑_k∈K∑_(i，j)∈Ad_ijx_ijk+α₂∑_k∈K∑_{j∈C′∪(N+1)}x_0jk

模型评价指标为总成本最低，其中第一项为总的车辆行驶成本，第二项为总的车辆成本；α₁和α₂分别为单位车辆行驶成本以及单辆移动充电车辆使用成本；d_ij是参数，代表节点i和j之间的欧式距离；x_ijk∈{0，1}是背包变量；如果车辆k拜访路段(i，j)则x_ijk＝1；否则，x_ijk＝0。

进一步地，所述的共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于：所述步骤(3)包括如下步骤：

(3-1)定义流平衡约束，形式如下：

第一个流平衡约束确保被派出的移动充电车辆等于返回场站的移动充电车辆数目；第二个流平衡约束确保进入除场站外的中间节点的车辆数目等于出该节点的车辆数目；第三个流平衡约束确保一辆移动充电车仅能服务一辆共享电动汽车一次。

进一步地，所述的共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于：所述步骤(4)包括如下步骤：

(4-1)定义移动充电车电量约束，形式如下：

k∈K

第一个约束用于确保每辆共享电动汽车的电量需求被满足；w_ik为变量，用于代表移动充电车k为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车提供的电量；qi为参数，代表位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的电量需求；第二个约束用于确保移动充电车k到达节点j∈C′∪{N+1}时的电量不小于0，且小于其到达上一节点时的电量减去其在上一节点提供服务的电量以及在两点间运行时消耗的电量hd_ijx_ijk；h为每单位行驶距离电量消耗速率；第三个约束确保移动充电车辆离开场站时的电量等于电池容量，场站无共享电动汽车，所以场站共享电动汽车电量需求为0，i.e，q₀＝0。

进一步地，所述的共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于：所述步骤(5)包括如下步骤：

(5-1)定义移动充电车辆时间窗约束，形式如下：

第一个和第二个约束分别确保移动充电车辆的时间可行性对于离开场站0和虚拟聚集节点的路段；τ_ik为变量，代表移动充电车k开始为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的提供充电服务的时间；s_ijk∈{0，1}为背包变量，代表是否位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车和位于虚拟节点j∈C′的共享电动汽车可以被同时服务；约束三确保移动充电车辆为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的提供充电服务的时间在其时间窗(i.e，[ei，li])内；约束四用于确保变量s_ijk和变量x_ijk之间的关系。

本发明的优点是：

(1)本发明提出的并行移动充电服务路径规划方法有效提高传统的调度电量不足的共享电动汽车去充电站补充电量的方法的效率；

(2)当共享电动汽车电量需求较大时，其电量需求可以被两辆甚至多辆共享电动汽车提供；

(3)本发明所提并行移动充电服务路径规划方法可以灵活调度共享电动汽车移动至共享电动汽车周围而减少用户的协助调度，从而提高共享电动汽车订单；

(4)本发明所提并行移动充电服务路径规划方法允许位于同一节点的多辆共享电动汽车被同时服务，提高了移动充电车辆的服务效率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1。

一种共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，允许一辆共享电动汽车的电量需求被多辆移动充电车辆提供，共享电动汽车的硬服务时间窗限制被满足，允许位于同一聚集点的共享电动汽车可以同时被同一辆移动充电车辆服务充电，移动充电车辆的电池容量限制被满足，使用商业求解软件CPLEX求解每辆移动充电车辆的路径；求解方法包括以下步骤：

(1)定义模型所基于图；

(2)定义模型评价指标；

(3)定义流平衡约束；

(4)定义移动充电车电量约束；

(5)定义移动充电车辆时间窗约束。

步骤(1)包括如下步骤：

(1-1)定义模型所基于图，形式如下：

C＝{1，2，...，N}为共享电动汽车聚集节点集合，其中N为总的共享电动汽车聚集节点的数目，每个聚集节点可能停留多辆共享电动汽车，为确定位于同一共享电动汽车聚集节点的共享电动汽车是否已经被服务以及被哪辆移动充电车辆服务的，集合C′被定义，且集合C′内的节点上仅停留一辆共享电动汽车；0和N+1为场站位于同一位置；所有移动充电车辆k∈K均从场站0出发为共享电动汽车提供充电服务，并在完成所安排服务后最终返回场站N+1；定义路段集合A＝{(i，j)|i，j∈C′∪{0，N+1}}；因此，考虑共享电动汽车充电需求可拆分的移动充电车辆并行服务路径规划方法定义于图G＝(C′∪{0，N+1}，A)。

步骤(2)包括如下步骤：

(2-1)定义模型评价指标，形式如下：

min α₁∑_k∈K∑_(i，j)∈Ad_ijx_ijk+α₂∑_k∈K∑_{j∈C′∪(N+1)}x_0jk

模型评价指标为总成本最低，其中第一项为总的车辆行驶成本，第二项为总的车辆成本；α₁和α₂分别为单位车辆行驶成本以及单辆移动充电车辆使用成本；d_ij是参数，代表节点i和j之间的欧式距离；x_ijk∈{0，1}是背包变量；如果车辆k拜访路段(i，j)则x_ijk＝1；否则，x_ijk＝0。

步骤(3)包括如下步骤：

(3-1)定义流平衡约束，形式如下：

第一个流平衡约束确保被派出的移动充电车辆等于返回场站的移动充电车辆数目；第二个流平衡约束确保进入除场站外的中间节点的车辆数目等于出该节点的车辆数目；第三个流平衡约束确保一辆移动充电车仅能服务一辆共享电动汽车一次。

步骤(4)包括如下步骤：

(4-1)定义移动充电车电量约束，形式如下：

k∈K

第一个约束用于确保每辆共享电动汽车的电量需求被满足；w_ik为变量，用于代表移动充电车k为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车提供的电量；q_i为参数，代表位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的电量需求；第二个约束用于确保移动充电车k到达节点j∈C′∪{N+1}时的电量不小于0，且小于其到达上一节点时的电量减去其在上一节点提供服务的电量以及在两点间运行时消耗的电量hd_ijx_ijk；h为每单位行驶距离电量消耗速率；第三个约束确保移动充电车辆离开场站时的电量等于电池容量，场站无共享电动汽车，所以场站共享电动汽车电量需求为0，i.e.，q₀＝0。

步骤(5)包括如下步骤：

(5-1)定义移动充电车辆时间窗约束，形式如下：

第一个和第二个约束分别确保移动充电车辆的时间可行性对于离开场站0和虚拟聚集节点的路段；τ_ik为变量，代表移动充电车k开始为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的提供充电服务的时间；s_ijk∈{0，1}为背包变量，代表是否位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车和位于虚拟节点j∈C′的共享电动汽车可以被同时服务；约束三确保移动充电车辆为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的提供充电服务的时间在其时间窗(i.e.，[e_i，l_i])内；约束四用于确保变量s_ijk和变量x_ijk之间的关系。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.共享电动汽车充电需求可拆分的移动并行充电方法，其特征在于，允许一辆共享电动汽车的电量需求被多辆移动充电车辆提供，共享电动汽车的硬服务时间窗限制被满足，允许位于同一聚集点的共享电动汽车可以同时被同一辆移动充电车辆服务充电，移动充电车辆的电池容量限制被满足，使用商业求解软件CPLEX求解每辆移动充电车辆的路径；求解方法包括以下步骤：

(1)定义模型所基于图；

(2)定义模型评价指标；

(3)定义流平衡约束；

(4)定义移动充电车电量约束；

(5)定义移动充电车辆时间窗约束；

所述步骤(1)包括如下步骤：

(1-1)定义模型所基于图，形式如下：

C＝{1，2，...，N}为共享电动汽车聚集节点集合，其中N为总的共享电动汽车聚集节点的数目，每个聚集节点可能停留多辆共享电动汽车，为确定位于同一共享电动汽车聚集节点的共享电动汽车是否已经被服务以及被哪辆移动充电车辆服务的，集合C′被定义，且集合C′内的节点上仅停留一辆共享电动汽车；0和N+1为场站位于同一位置；所有移动充电车辆k∈K均从场站0出发为共享电动汽车提供充电服务，并在完成所安排服务后最终返回场站N+1；定义路段集合A＝{(i，j)|i，j∈C′∪{0，N+1}}；因此，考虑共享电动汽车充电需求可拆分的移动充电车辆并行服务路径规划方法定义于图G＝(C′∪{0，N+1}，A)；

所述步骤(2)包括如下步骤：

(2-1)定义模型评价指标，形式如下：

minα₁∑_k∈K∑_(i，j)∈Ad_ijx_ijk+α₂∑_k∈K∑_{j∈C′∪(N+1)}x_0jk

模型评价指标为总成本最低，其中第一项为总的车辆行驶成本，第二项为总的车辆成本；α₁和α₂分别为单位车辆行驶成本以及单辆移动充电车辆使用成本；d_ij是参数，代表节点i和j之间的欧式距离；x_ijk∈{0，1}是背包变量；如果车辆k拜访路段(i，j)则x_ijk＝1；否则，x_ijk＝0；

所述步骤(3)包括如下步骤：

(3-1)定义流平衡约束，形式如下：

第一个流平衡约束确保被派出的移动充电车辆等于返回场站的移动充电车辆数目；第二个流平衡约束确保进入除场站外的中间节点的车辆数目等于出该节点的车辆数目；第三个流平衡约束确保一辆移动充电车仅能服务一辆共享电动汽车一次；

所述步骤(4)包括如下步骤：

(4-1)定义移动充电车电量约束，形式如下：

k∈K

第一个约束用于确保每辆共享电动汽车的电量需求被满足；w_ik为变量，用于代表移动充电车k为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车提供的电量；q_i为参数，代表位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的电量需求；第二个约束用于确保移动充电车k到达节点j∈C′∪{N+1}时的电量不小于0，且小于其到达上一节点时的电量减去其在上一节点提供服务的电量以及在两点间运行时消耗的电量hd_ijx_ijk；h为每单位行驶距离电量消耗速率；第三个约束确保移动充电车辆离开场站时的电量等于电池容量，场站无共享电动汽车，所以场站共享电动汽车电量需求为0，i.e.，q₀＝0；

所述步骤(5)包括如下步骤：

(5-1)定义移动充电车辆时间窗约束，形式如下：

第一个和第二个约束分别确保移动充电车辆的时间可行性对于离开场站0和虚拟聚集节点的路段；τ_ik为变量，代表移动充电车k开始为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的提供充电服务的时间；s_ijk∈{0，1}为背包变量，代表是否位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车和位于虚拟节点j∈C′的共享电动汽车可以被同时服务；约束三确保移动充电车辆为位于虚拟节点i∈C′的共享电动汽车的提供充电服务的时间在其时间窗i.e.，[e_i，l_i]内；约束四用于确保变量s_ijk和变量x_ijk之间的关系。