CN114462864A - 一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法 - Google Patents
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Abstract
一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,本发明涉及充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法。本发明的目的是为了解决现有电动公交车充电设施利用率低,电动小汽车充电矛盾突出,施行充电设施共享策略后导致现有的车辆调度方法不再适用等问题。过程为:步骤1:采集基础数据;步骤2:定义变量;步骤3:计算电动公交线路运营成本;步骤4:计算电动小汽车等待时间成本;步骤5:计算公交公司的充电收益;步骤6:基于步骤3、步骤4和步骤5构建电动公交车辆调度优化模型;步骤7:求解步骤6构建的电动公交车辆调度优化模型。本发明用于城市交通管理技术领域。
Description
技术领域
本发明属于城市交通管理技术领域,具体来讲是一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法。
背景技术
电动公交车的续驶里程有限,为保证电动公交线路的正常运营,除夜间充电外,公交公司会在线路始发站布设少量的充电设施方便电动公交车在白天补电。但是受电动公交线路发车频率和分时电价政策的影响,充电设施在部分时段存在明显的闲置问题,资源浪费严重。与此同时,随着电动小汽车保有量增加,充电需求快速增长,但公共电动小汽车充电设施数量有限,充电困难。充电设施共享策略是指在一些时段将公交车的充电设施有偿共享给电动小汽车使用。在充电设施共享情景下,综合考虑电动公交车以及电动小汽车的充电需求,协同优化线路的共享方案和电动公交车辆调度方案,不仅可以在保证公交线路正常运行的前提下实现***收益的最大化,还可以缓解电动小汽车的充电矛盾,提高充电设施的利用率。
现有的车辆调度方法没有考虑电动公交车与电动小汽车共享充电设施对公交线路车辆调度问题的影响。当充电桩被电动小汽车使用时,线路上电量较少的电动公交车可能无法及时充电,将会影响公交线路服务的完整性和准时性。此外,需要规范各个时段充电桩的使用权,即在一个时段内充电桩不能同时提供给公交车和小汽车使用,公交车的充电开始与结束时刻需要限制在公交车可以使用充电设施的时段内,公交企业需要调整车辆的调度方案与充电方案,有可能导致线路运营成本的增加。为了解决上述问题,本发明提出了一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电动公交车充电设施利用率低,电动小汽车充电矛盾突出,施行充电设施共享策略后导致现有的车辆调度方法不再适用等问题,而提出一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法。
一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法具体过程为:
步骤1:采集基础数据;
步骤2:定义变量;
步骤3:基于步骤1和步骤2计算电动公交线路运营成本;
步骤4:基于步骤1和步骤2计算电动小汽车等待时间成本;
步骤5:基于步骤1和步骤2计算公交公司的充电收益;
步骤6:基于步骤3、步骤4和步骤5构建电动公交车辆调度优化模型;
步骤7:求解步骤6构建的电动公交车辆调度优化模型。
本发明的有益效果为:
本发明所提出的充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法不仅可以有效缓解电动小汽车的充电矛盾,提高充电设施的利用率,增加公交企业的充电收益,还综合考虑了电动公交车和电动小汽车的充电需求情况,可以被拓展应用于同一线路的不同季节或者其他公交线路,为其充电设施的共享方案、电动公交车辆调度方案和充电计划的协同优化提供参考。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法具体过程为:
步骤1:采集基础数据;
步骤2:定义变量;
步骤3:基于步骤1和步骤2计算电动公交线路运营成本;
步骤4:基于步骤1和步骤2计算电动小汽车等待时间成本;
步骤5:基于步骤1和步骤2计算公交公司的充电收益;
步骤6:基于步骤3、步骤4和步骤5构建电动公交车辆调度优化模型;
步骤7:求解步骤6构建的电动公交车辆调度优化模型。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述步骤1中采集基础数据;具体过程为:
1.1.依据电动公交线路发车时刻表确定每日服务行程编号i,i=1,2,…,I,规定行程i的发车时刻记为Di;
定义电动公交车从开始充电到结束充电为一次充电行程,记为r,r=1,2,…,R,R为所有充电行程;
1.2.令k表示第k辆电动公交车辆,k=1,2,…,K,K为全部电动公交车辆;
n表示第n个线路站点,n=1,2,…,N,N表示全部线路站点;
将线路起始站布设充电枪的数量记作S,电动公交车充电功率记作b,电动小汽车平均充电功率记作B;
设置电动公交电池荷电状态安全区间为[δ2,δ1];
统计始发站内允许排队等待的电动小汽车辆数,记作H-S,H表示允许排队等待的电动小汽车辆数和充电枪数量的加和。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是,所述步骤2中定义变量;具体过程为:
令变量zq∈{0,1},zq=0表示时间窗q内允许充电车辆类型为电动公交车,zq=1表示时间窗q内允许充电车辆类型为电动小汽车;
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是,所述步骤3中基于步骤1和步骤2计算电动公交线路运营成本;具体过程为:
3.1.利用公式(1)估计电动公交车k在任意t与t+1时刻的电池剩余电量:
式中:为电动公交车k的电池额定容量,kWh;为电动公交车k在时刻的电池剩余电量,kWh;为所属的电动公交车充电时间窗q′的结束时刻,时间窗q′为连续多个仅允许电动公交车充电的时间窗中的最后一个时间窗,即zq=0且zq+1=1时对应时间窗口q;为电动公交车k充电行程r的开始时刻;
3.3.根据公式(5)计算电动公交线路的日平均购置成本Z1;
式中:Ck为电动公交车k的单位购车成本,RMB;γk为全天运营时间内所需的电动公交车的数量,γk≤K,如公式(6)所示;Yk为电动公交车k的寿命,天;
3.4.计算电动公交线路日运营时间内总充电成本Z2,计算方法如下:
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是,所述步骤4中基于步骤1和步骤2计算电动小汽车等待时间成本;具体过程为:
4.1.计算服务强度ρq,估计时间窗q内电动小汽车的平均排队长度Eq(Lqueue)和平均等待时间Eq(Twaiting):
式中:Pq,j为时间窗q内有j辆电动小汽车等待充电的概率;Pq,0为时间窗q内没有电动小汽车等待充电的概率,ζ为中间变量;
4.2.计算Pq,j与Pq,0,如公式(12)和公式(13)所示:
4.3.计算ΦG,公式如下:
4.4.利用公式(18)与公式(19)计算电动小汽车的等待时间成本Z3:
式中:CT为电动小汽车单位等待时间成本,元/辆/h;τ′q为电动小汽车充电时间窗内不允许车辆排队的时间长度,min;时间窗q″为连续多个zq=1对应时间窗集合中的最后一个时间窗,即zq=1且zq+1=0时对应的时间窗口q;为时间窗口q″内电动小汽车的平均到达率,辆/h;Eq″(Twaiting)为时间窗口q″内电动小汽车的平均等待时间,h。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是,所述步骤5中基于步骤1和步骤2计算公交公司的充电收益;具体过程为:
利用公式(20)计算全天运营时间内电动小汽车的充电利润Z4:
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是,所述步骤6中基于步骤3、步骤4和步骤5构建电动公交车辆调度优化模型;具体过程为:
6.1.以最小化电动公交线路的日平均购置成本、电动公交线路日运营时间内总充电成本、电动小汽车的等待时间成本,以及最大化公交企业充电收益为优化目标,如公式(21)所示:
min Z=Z1+Z2+Z3-Z4 (21)
6.2.设置约束条件,如公式(22)~(30)所示:
ETq″-ETq′≥β (28)
式中:Tmin为电动公交车最短充电时间,min;β为常数,建议取值为120min;为电动公交车k每天运营开始时刻电池剩余电量,kWh;Tk,i为服务行程i的行程时间;变量 表示电动公交车k在时刻启动服务行程i,否则变量如果电动公交车k在时刻启动充电行程r,否则ETq″为时间窗q″的结束时刻;ETq′为时间窗q′的结束时刻;Dk,i为行程i的发车时刻。
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是,所述步骤7中求解步骤6构建的电动公交车辆调度优化模型;具体过程为:
7.1.初始化zq(q=1,2,…,Q,共2Q+1种排列方式),令g=1;设置初始节点列表,初始节点列表为空;
将根节点放入节点列表(初始节点列表);
所述列集合ψ中包含可行的车辆调度与充电方案集(满足约束公式(22)-(30)为可行的车辆调度与充电方案)和不可行的车辆调度与充电方案集;
将原问题式(21)-(30)分解为限制主问题和定价子问题;
7.5.计算定价子问题,判断是否存在使定价子问题的目标函数为负的车辆调度方案,如果存在,将车辆调度方案添加到限制主问题中,返回步骤7.4,否则进入步骤7.6;
7.6.判断:
7.8.激活左子节点作为新的当前父节点,令l=l+1;
7.9.如果当前需要分支的节点列表还包含节点元素,将节点列表中具有最小下限的节点(每个节点都有一个下限值)设置为当前父节点,令l=l+1,返回步骤7.4;
7.11.更新zq(q=1,2,…,Q,zq换一个排列组合,比如(0,1,1,0,0,1,1,0)),令g=g+1;
7.12.判断g是否小于2Q+1;若是,进入步骤7.13,否则进入步骤7.14;
7.13.判断更新后的zq是否满足约束(28),如果满足,进入步骤7.2;否则进入步骤7.11;
7.14.利用公式(31)与公式(32)计算得到最优充电设施共享方案;
min Z=min{Z(1),Z(2),...,Z(g),...,Z(G′)}(31)
其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,其特征在于:所述方法具体过程为:
步骤1:采集基础数据;
步骤2:定义变量;
步骤3:基于步骤1和步骤2计算电动公交线路运营成本;
步骤4:基于步骤1和步骤2计算电动小汽车等待时间成本;
步骤5:基于步骤1和步骤2计算公交公司的充电收益;
步骤6:基于步骤3、步骤4和步骤5构建电动公交车辆调度优化模型;
步骤7:求解步骤6构建的电动公交车辆调度优化模型。
2.根据权利要求1所述一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,其特征在于:所述步骤1中采集基础数据;具体过程为:
1.1.依据电动公交线路发车时刻表确定每日服务行程编号i,i=1,2,…,I,规定行程i的发车时刻记为Di;
定义电动公交车从开始充电到结束充电为一次充电行程,记为r,r=1,2,…,R,R为所有充电行程;
1.2.令k表示第k辆电动公交车辆,k=1,2,…,K,K为全部电动公交车辆;
n表示第n个线路站点,n=1,2,…,N,N表示全部线路站点;
将线路起始站布设充电枪的数量记作S,电动公交车充电功率记作b,电动小汽车平均充电功率记作B;
设置电动公交电池荷电状态安全区间为[δ2,δ1];
统计始发站内允许排队等待的电动小汽车辆数,记作H-S,H表示允许排队等待的电动小汽车辆数和充电枪数量的加和。
4.根据权利要求3所述一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,其特征在于:所述步骤3中基于步骤1和步骤2计算电动公交线路运营成本;具体过程为:
3.1.利用公式(1)估计电动公交车k在任意t与t+1时刻的电池剩余电量:
式中:为电动公交车k的电池额定容量,kWh;为电动公交车k在时刻的电池剩余电量,kWh;为所属的电动公交车充电时间窗q′的结束时刻,时间窗q′为连续多个仅允许电动公交车充电的时间窗中的最后一个时间窗,即zq=0且zq+1=1时对应时间窗口q;为电动公交车k充电行程r的开始时刻;
3.3.根据公式(5)计算电动公交线路的日平均购置成本Z1;
式中:Ck为电动公交车k的单位购车成本,RMB;γk为全天运营时间内所需的电动公交车的数量,γk≤K,如公式(6)所示;Yk为电动公交车k的寿命,天;
3.4.计算电动公交线路日运营时间内总充电成本Z2,计算方法如下:
5.根据权利要求4所述一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,其特征在于:所述步骤4中基于步骤1和步骤2计算电动小汽车等待时间成本;具体过程为:
4.1.计算服务强度ρq,估计时间窗q内电动小汽车的平均排队长度Eq(Lqueue)和平均等待时间Eq(Twaiting):
式中:Pq,j为时间窗q内有j辆电动小汽车等待充电的概率;Pq,0为时间窗q内没有电动小汽车等待充电的概率,ζ为中间变量;
4.2.计算Pq,j与Pq,0,如公式(12)和公式(13)所示:
4.3.计算ΦG,公式如下:
4.4.利用公式(18)与公式(19)计算电动小汽车的等待时间成本Z3:
7.根据权利要求6所述一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,其特征在于:所述步骤6中基于步骤3、步骤4和步骤5构建电动公交车辆调度优化模型;具体过程为:
6.1.以最小化电动公交线路的日平均购置成本、电动公交线路日运营时间内总充电成本、电动小汽车的等待时间成本,以及最大化公交企业充电收益为优化目标,如公式(21)所示:
min Z=Z1+Z2+Z3-Z4 (21)
6.2.设置约束条件,如公式(22)~(30)所示:
ETq″-ETq′≥β (28)
8.根据权利要求7所述一种充电设施共享策略影响下的电动公交线路车辆调度方法,其特征在于:所述步骤7中求解步骤6构建的电动公交车辆调度优化模型;具体过程为:
7.1.初始化zq,令g=1;设置初始节点列表,初始节点列表为空;
将根节点放入节点列表;
所述列集合ψ中包含可行的车辆调度与充电方案集和不可行的车辆调度与充电方案集;
将原问题式(21)-(30)分解为限制主问题和定价子问题;
7.5.计算定价子问题,判断是否存在使定价子问题的目标函数为负的车辆调度方案,如果存在,将车辆调度方案添加到限制主问题中,返回步骤7.4,否则进入步骤7.6;
7.6.判断:
7.8.激活左子节点作为新的当前父节点,令l=l+1;
7.9.如果当前需要分支的节点列表还包含节点元素,将节点列表中具有最小下限的节点设置为当前父节点,令l=l+1,返回步骤7.4;
7.11.更新zq,令g=g+1;
7.12.判断g是否小于2Q+1;若是,进入步骤7.13,否则进入步骤7.14;
7.13.判断更新后的zq是否满足约束(28),如果满足,进入步骤7.2;否则进入步骤7.11;
7.14.利用公式(31)与公式(32)计算得到最优充电设施共享方案;
min Z=min{Z(1),Z(2),...,Z(g),...,Z(G′)} (31)
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PB01 | Publication | ||
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