CN117078046A - 一种电动公交车有线无线联合充电优化方法、***及设备 - Google Patents

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Abstract

一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，构建联合充电***优化模型，该模型以***总成本最小为目标函数，并基于各无线充电站的选址、需要进行电池扩容的行驶线路，设计了行驶线路所需电动公交车数量约束、电动公交车发车间隔约束、电动公交车从有线充电站获取能量约束、电动公交车从无线充电站获取能量约束、电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态约束、电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态约束、公交站点处配置的光伏和储能约束，基于电动公交车充电运行方案设计了电动公交车充电负荷接入时配电网约束。本设计能够最小化***总成本，最大限度提高电动公交车运营效率，保证充电负荷接入时配电网安稳运行。

Description

一种电动公交车有线无线联合充电优化方法、***及设备
技术领域
本发明属于电动公交车技术领域，具体涉及一种电动公交车有线无线联合充电优化方法、***及设备。
背景技术
随着社会发展和技术进步，人类对于环境保护有了更新的认识和更高的要求。对于公共交通***而言，由于传统燃油汽车有着高污染高能耗的缺点，大规模采用电动公交车取代传统燃油公交车为大势所趋。目前电动公交车主要采用传统的有线充电***进行补电，但有线充电设施存一些局限性，如占地面积大、充电时间长、操作较复杂，采用这种方式时，电动公交车需要较长时间的停靠而无法投入运营中，这降低了公交***的运营效率，提升了运营成本。
采用有线充电***与无线充电***联用的方式，将无线充电***铺设于电动公交车线路沿线的地下，无线充电***有着占用地表面积小的优点，从而在不影响交通的同时实现电动公交车的途中补电，延长电动公交车的续航里程。
现有技术亟需一种如何在最小化***成本的同时最大限度提升电动公交车的运营效率，保证配电网安全运行的联合充电***规划方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够最小化***成本的同时最大限度提升电动公交车的运营效率，保证配电网安全运行的电动公交车有线无线联合充电优化方法、***及设备。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，所述优化方法包括：
第一步，构建联合充电***优化模型，所述联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，并包括以下约束：
行驶线路所需电动公交车数量的约束；
电动公交车发车间隔约束；
电动公交车从有线充电站获取能量的约束；
电动公交车从无线充电站获取能量的约束；
电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束；
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束；
电动公交车充电负荷接入时配电网的约束；
无线充电站的光伏和储能约束；
第二步，求解优化模型以确定无线充电站的选址方案、行驶线路的电池扩容方案、电动公交车充电运行方案。
所述步骤一中，目标函数具体为：
；
；
；
；
上式中，为无线充电***的规划成本，/>为电动公交车的投资成本和电动公交车电池扩容成本之和，/>为有线充电站和无线充电站的充电服务费，/>为贴现率，/>为规划年限，d为一个年度内的典型日数量，/>为无线充电***的规划位置矩阵，若在中间站s处规划无线充电站则其数值为1，否则为0，/>为无线充电站的单位规划成本，/>为中间站s处规划的光伏电池数量，/>为光伏电池的单位价格，/>为中间站s处规划的储能***数量，/>为储能***的单位价格，/>为行驶线路x上运营的电动公交车数量，/>为电动公交车单价，/>为对电动公交车电池扩容的单价，/>为电动公交车扩容矩阵，若对行驶路线x上的电动公交车进行车载电池扩容则其数值为1，否则为0， />、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上通过无线充电站充入的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的起点站、终点站处通过有线充电站充入的电能；/>、/>分别为进行无线充电、有线充电的服务单价；/>、/>分别为行驶路线x的去程道路和返程道路的集合。
所述步骤一中，行驶线路所需电动公交车数量的约束具体为：
；
上式中，、/>分别为正常运营时行驶线路x的去程、返程所需要的电动公交车数量；
所述电动公交车发车间隔约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x的发车间隔时长，/>、/>分别为行驶线路x去程、返程的单程耗时；
所述电动公交车从有线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
；
；
上式中，为行驶线路x上电动公交车在每次去程时在起点站处可供充电的时长；/>为行驶线路x上电动公交车每次返程时在终点站处可供充电的时长，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中去程的电池初始电量，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中返程的电池初始电量，/>为电动公交车通过有线充电站充电的额定功率；
所述电动公交车从无线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x各中间站的停站时间，/>为电动公交车通过无线充电站充电的额定功率；
所述电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为电动公交车的初始电池容量、扩容后的电池容量；/>、/>分别为电动公交车电池荷电状态的下限、上限；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上消耗的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上因电池扩容额外消耗的电能；/>为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在起点站处通过有线充电站充入的电能，n为往返次数，bn为返程道路总数，yn为运营时间内的总行程次数；
所述电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在终点站处通过有线充电站充入的电能，an为返程道路总数；
所述无线充电站的光伏和储能约束具体为：
；
；
上式中，为大M常数，/>为光伏电池的单位输出功率，/>为单位时间，/>为储能***的单位安装容量。
所述步骤一中，电动公交车充电负荷接入时配电网约束包括功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束。
所述功率平衡约束具体为：
；
；
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网节点e处的无线充电负荷、有线充电负荷； />、配电网节点e处接入的基础负荷的有功功率、无功功率；/>、/>分别为与配电网节点e相连的配电网线路w上的有功功率、无功功率；/>为电动公交车运营时段的集合，/>、/>、分别为配电网节点e与中间站、起点站、终点站的耦合关系矩阵；/>、/>分别为无线充电、有线充电的能量传输效率；/>、/>分别为无线充电、有线充电的功率因数角；
所述配电网线路功率约束具体为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网线路w的电阻、电抗；/>为配电网线路w在t时段的电压降，/>、/>、/>分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时段的母线电压；/>为配电网母线额定电压，/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限。
一种电动公交车有线无线联合充电优化***，所述优化***包括模型构建模块、仿真计算模块，所述模型构建模块用于构建联合充电***优化模型，所述联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，并包括以下约束：
行驶线路所需电动公交车数量的约束；
电动公交车发车间隔约束；
电动公交车从有线充电站获取能量的约束；
电动公交车从无线充电站获取能量的约束；
电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束；
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束；
电动公交车充电负荷接入时配电网的约束；
无线充电站的光伏和储能约束；
所述仿真计算模块用于通过仿真计算求解优化模型，以确定无线充电站的选址方案、行驶线路的电池扩容方案、电动公交车充电运行方案。
所述模型构建模块用于构建如下的目标函数：
；
；
；
；
上式中，为无线充电***的规划成本，/>为电动公交车的投资成本和电动公交车电池扩容成本之和，/>为有线充电站和无线充电站的充电服务费，/>为贴现率，/>为规划年限，d为一个年度内的典型日数量，/>为无线充电***的规划位置矩阵，若在中间站s处规划无线充电站则其数值为1，否则为0，/>为无线充电站的单位规划成本，/>为中间站s处规划的光伏电池数量，/>为光伏电池的单位价格，/>为中间站s处规划的储能***数量，/>为储能***的单位价格，/>为行驶线路x上运营的电动公交车数量，/>为电动公交车单价，/>为对电动公交车电池扩容的单价，/>为电动公交车扩容矩阵，若对行驶路线x上的电动公交车进行车载电池扩容则其数值为1，否则为0， />、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上通过无线充电站充入的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的起点站、终点站处通过有线充电站充入的电能；/>、/>分别为进行无线充电、有线充电的服务单价；/>、/>分别为行驶路线x的去程道路和返程道路的集合。
所述模型构建模块用于构建如下的行驶线路所需电动公交车数量的约束：
；
上式中，、/>分别为正常运营时行驶线路x的去程、返程所需要的电动公交车数量；
所述模型构建模块还用于构建如下的电动公交车发车间隔约束：
；
；
上式中，为行驶线路x的发车间隔时长，/>、/>分别为行驶线路x去程、返程的单程耗时；
所述模型构建模块还用于构建如下的电动公交车从有线充电站获取能量的约束：
；
；
；
；
上式中，为行驶线路x上电动公交车在每次去程时在起点站处可供充电的时长；/>为行驶线路x上电动公交车每次返程时在终点站处可供充电的时长，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中去程的电池初始电量，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中返程的电池初始电量，/>为电动公交车通过有线充电站充电的额定功率；
所述模型构建模块还用于构建如下的电动公交车从无线充电站获取能量的约束：
；
；
上式中，为行驶线路x各中间站的停站时间，/>为电动公交车通过无线充电站充电的额定功率；
所述模型构建模块还用于构建如下的电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束：
；
；
；
上式中，、/>分别为电动公交车的初始电池容量、扩容后的电池容量；/>、/>分别为电动公交车电池荷电状态的下限、上限；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上消耗的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上因电池扩容额外消耗的电能；/>为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在起点站处通过有线充电站充入的电能，bn为返程道路总数，yn为运营时间内的总行程次数；
所述模型构建模块还用于构建如下的电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束：
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在终点站处通过有线充电站充入的电能，an为返程道路总数；
所述无线充电站的光伏和储能约束具体为：
；
；
上式中，为大M常数，/>为光伏电池的单位输出功率，/>为单位时间，/>为储能***的单位安装容量。
所述模型构建模块还用于构建包括功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束的电动公交车充电负荷接入时配电网约束，其中，所述功率平衡约束如下：
；
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网节点e处的无线充电负荷、有线充电负荷；/>、配电网节点e处接入的基础负荷的有功功率、无功功率；/>、/>分别为与配电网节点e相连的配电网线路w上的有功功率、无功功率；/>为电动公交车运营时段的集合，/>、/>、分别为配电网节点e与中间站、起点站、终点站的耦合关系矩阵；/>、/>分别为无线充电、有线充电的能量传输效率；/>、/>分别为无线充电、有线充电的功率因数角；
所述配电网线路功率约束如下：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束如下：
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网线路w的电阻、电抗；/>为配电网线路w在t时段的电压降，/>、/>、/>分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时段的母线电压；/>为配电网母线额定电压，/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；
一种电动公交车有线无线联合充电优化设备，所述优化设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的电动公交车有线无线联合充电优化方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，首先构建联合充电***优化模型，该联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，能够最小化***总成本，该联合充电***优化模型在保证电动公交车用能需求的前提下，为缩短电动公交车的发车间隔、提高运营效率，设置有行驶线路所需电动公交车数量的约束、电动公交车发车间隔约束、电动公交车从有线充电站获取能量的约束、电动公交车从无线充电站获取能量的约束、电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束、电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束、公交站点处配置的光伏和储能约束，以上约束基于各无线充电站的选址、需要进行电动公交车电池扩容的行驶线路设计得到，该联合充电***优化模型考虑到配电网和交通网的耦合，为保证电力***在电动公交车充电负荷接入时的安全稳定运行，还设置了电动公交车充电负荷接入时配电网的约束，以上约束基于电动公交车充电运行方案设计得到，然后通过求解联合充电***优化模型，确定各无线充电站的选址、需要进行电动公交车电池扩容的行驶线路、电动公交车充电运行方案。因此，本发明所述优化方法不仅能够最小化***总成本以及最大限度提高电动公交车的运营效率，还能保证在电力***电动公交车充电负荷接入时的安全稳定运行。
2、本发明一种电动公交车有线无线联合充电优化方法中，由于公交车的交通行为规律且其运行时段与光伏的高效发电时段高度重合，本设计充分利用公交站站台顶作为光伏的铺设点，同时配备与之配合的储能***，通过光伏出力支撑部分电动公交车无线充电负荷，降低电动公交车的充电服务成本，也可以降低无线充电负荷对于配电网的冲击；为约束储能***的规划位置，只在规划有无线充电***的车站配置光伏和储能***，以及保证储能***能在单位时间存储光伏出力，设置了无线充电站的光伏和储能约束。因此，本发明利用光伏出力支撑部分电动公交车无线充电负荷，能够降低电动公交车的充电服务成本以及无线充电负荷对于配电网的冲击。
附图说明
图1为实施例1中联合充电***的结构示意图。
图2为联合充电***中行驶线路的示意图。
图3为99节点配电网-54节点交通道路网的拓扑结构图。
图4为方案2规划的无线充电站选址方案在99节点配电网-54节点交通道路网上的位置。
图5为方案2、方案3各条行驶线路上采用有线充电方式补充的能量占比以及采用无线充电方式补充的能量占比。
图6为实施例2中电动公交车有线无线联合充电优化***的结构示意图。
图7为实施例3中电动公交车有线无线联合充电优化设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，所述优化方法基于如图1所示的联合充电***进行，所述有线无线联合充电***包括交通道路网、电动公交车、有线充电***、无线充电***、配电网，所述交通道路网包括多个如图2的行驶线路，所述有线充电***包括设置在各行驶线路的起点站和终点站处的有线充电站，所述无线充电***包括设置在各行驶线路上中间站处的无线充电站，由于公交车的交通行为规律且其运行时段与光伏的高效发电时段高度重合，可以充分利用公交站站台顶作为光伏的铺设点，同时配备与之配合的储能***，通过光伏出力支撑部分电动公交车无线充电负荷，降低电动公交车的充电服务成本，也可以降低无线充电负荷对于配电网的冲击；所述配电网用于为有线充电站和无线充电站供电，所述配电网、交通道路网具体为拓扑结构如图3所示的99节点配电网-54节点交通道路网，其中，T表示交通道路网中的节点，T-T则表示连接两个交通道路网节点之间的道路，P表示配电网中的节点，P-P则表示连接两个配电网节点之间的线路，参数选取：规划年限为10年，贴现率为0.05，一年中典型日数量为365天，一个典型日的小时数为24，电动公交车行驶线路为5条如表1所示，有线充电站的能量传输效率为0.9，无线充电站的能量传输效率为0.8，无线充电***的单价为40万元/站，已有电动公交车12辆，新增电动公交车***为75万元/辆，电动公交车车载电池扩容单价为15万元/辆，有线充电站、无线充电站的服务单价分别为0.8元/kWh、1.2元/kWh，有线充电站、无线充电站的输出功率分别为60kW、80kW，电动公交车的初始电池容量为150kWh，扩容后的电池容量为180kWh，电动公交车电池荷电状态的下限、上限分别为0.20、0.8，电动公交车进行电池扩容前、扩容后的每公里能耗分别为1kWh/km、1.2kWh/km，配电网母线电压的上限和下限分别为9.5kV、10.5kV；
表1 5条电动公交车行驶线路
上述电动公交车有线无线联合充电优化方法依次按照以下步骤进行：
第一步，构建联合充电***优化模型，所述联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，所述目标函数具体为：
；
；
；
；
上式中，为无线充电***的规划成本，/>为电动公交车的投资成本和电动公交车电池扩容成本之和，/>为有线充电站和无线充电站的充电服务费，/>为贴现率，/>为规划年限，d为一个年度内的典型日数量，/>为无线充电***的规划位置矩阵，若在中间站s处规划无线充电站则其数值为1，否则为0，/>为无线充电站的单位规划成本，/>为中间站s处规划的光伏电池数量，/>为光伏电池的单位价格，/>为中间站s处规划的储能***数量，/>为储能***的单位价格，/>为行驶线路x上运营的电动公交车数量，/>为电动公交车单价，/>为对电动公交车电池扩容的单价，/>为电动公交车扩容矩阵，若对行驶路线x上的电动公交车进行车载电池扩容则其数值为1，否则为0， />、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上通过无线充电站充入的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的起点站、终点站处通过有线充电站充入的电能；/>、/>分别为进行无线充电、有线充电的服务单价；/>、/>分别为行驶路线x的去程道路和返程道路的集合；
在保证电动公交车用能需求的前提下，为缩短电动公交车的发车间隔、提高运营效率，所述联合充电***优化模型设有行驶线路所需电动公交车数量的约束、电动公交车发车间隔约束、电动公交车从有线充电站获取能量的约束、电动公交车从无线充电站获取能量的约束、电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束、电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束，其中，所述行驶线路所需电动公交车数量的约束具体为：
；
上式中，、/>分别为正常运营时行驶线路x的去程、返程所需要的电动公交车数量；
所述电动公交车发车间隔约束用于保证去程和返程均有足够的电动公交车数量保证以的时间间隔发车，具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x的发车间隔时长，/>、/>分别为行驶线路x去程、返程的单程耗时；
所述电动公交车从有线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
；
；
上式中，为行驶线路x上电动公交车在每次去程时在起点站处可供充电的时长；/>为行驶线路x上电动公交车每次返程时在终点站处可供充电的时长，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中去程的电池初始电量，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中返程的电池初始电量，/>为电动公交车通过有线充电站充电的额定功率；
所述电动公交车从无线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x各中间站的停站时间，/>为电动公交车通过无线充电站充电的额定功率；
所述电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；/>
；
上式中，、/>分别为电动公交车的初始电池容量、扩容后的电池容量；/>、/>分别为电动公交车电池荷电状态的下限、上限；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上消耗的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上因电池扩容额外消耗的电能；/>为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在起点站处通过有线充电站充入的电能，n为往返次数，bn为返程道路总数，yn为运营时间内的总行程次数；
所述电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在终点站处通过有线充电站充入的电能，an为返程道路总数；
为约束储能***的规划位置，只在规划了无线充电***的车站配置储能***，以及保证储能***能在单位时间存储光伏出力，设置有无线充电站的光伏和储能约束，具体为：
；
；
上式中，为大M常数，/>为光伏电池的单位输出功率，/>为单位时间，/>为储能***的单位安装容量；
为了保证电动公交车充电负荷接入时电力***的安全稳定运行，所述联合充电***优化模型还设有电动公交车充电负荷接入时配电网的约束，所述电动公交车充电负荷接入时配电网约束包括功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束，其中，所述功率平衡约束具体为：
；
；/>
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网节点e处的无线充电负荷、有线充电负荷；/>、/>配电网节点e处接入的基础负荷的有功功率、无功功率；/>、/>分别为与配电网节点e相连的配电网线路w上的有功功率、无功功率；/>为电动公交车运营时段的集合，/>、/>、/>分别为配电网节点e与中间站、起点站、终点站的耦合关系矩阵；/>、/>分别为无线充电、有线充电的能量传输效率；/>、/>分别为无线充电、有线充电的功率因数角；
所述配电网线路功率约束具体为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网线路w的电阻、电抗；/>为配电网线路w在t时段的电压降，/>、/>、/>分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时段的母线电压；/>为配电网母线额定电压，/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；
第二步，由于上述优化模型中存在双线性项，因此先采用大M法对其进行线性化，即引入辅助变量/>，令/>，并向优化模型中增加以下约束，再基于MATLAB或CPLEX平台进行仿真计算以求解优化模型，确定各无线充电站的选址、需要进行电动公交车电池扩容的行驶线路、电动公交车充电运行方案，所述电动公交车充电运行方案是指各条行驶线路上采用有线充电方式补充的能量占比以及采用无线充电方式补充的能量占比：
；
。
性能测试：
为验证本发明所述优化方法的有效性，以规划0套无线充电站数量作为方案1，根据欲规划的无线充电站数量提出了方案2、方案3，所述方案2为采用本发明所述优化方法规划5套无线充电站，所述方案3为采用本发明所述优化方法规划10套无线充电站，最终得到方案2、方案3的电动公交车无线充电站选址以及需要电池扩容的行驶线路如表2所示，得到方案2的无线充电站选址在99节点配电网-54节点交通道路网上的位置如图4所示，得到方案2、方案3的各行驶线路的有线无线能量占比如图5所示：
表2 电动公交车无线充电站选址情况以及需要电池扩容的行驶线路
由图5可知，采用方案3时，由于配置了更多的无线充电站，各条行驶线路采用无线充电补充电能的占比均不同程度上高于采用方案2时；
计算方案1-3的经济性成本，计算结果如表3所示：
表3 三种方案的经济性成本
由表3可知，随着电动公交车无线充电站数量的增加，新增车辆成本和电池扩容成本有着显著降低，相比于不建设无线充电站的方案1，建设10套无线充电站的方案3的新增车辆成本和电池扩容成本分别降低了73.33%和26.32%；而在无线充电***建设成本和充电服务成本方面，由于建设无线充电***本身需要投资且无线充电服务的服务费用高于有线充电***，因此随着无线充电站的数量增加，这两方面的成本也会相应增加，但其成本增量明显小于在新增车辆和电池扩容方面降低的成本；因此，随着无线充电站的数量增加，总成本有着明显下降，相比方案1，方案3的总成本下降了20.85%，能够证明本发明所述电动公交车有线无线联合充电优化方法的经济性和有效性。
实施例2：
参见图6，一种电动公交车有线无线联合充电优化***，包括模型构建模块1、仿真计算模块2，所述模型构建模块1用于构建如实施例1中所述的联合充电***优化模型，所述联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，具体为：
；
；
；
；
上式中，为无线充电***的规划成本，/>为电动公交车的投资成本和电动公交车电池扩容成本之和，/>为有线充电站和无线充电站的充电服务费，/>为贴现率，/>为规划年限，d为一个年度内的典型日数量，/>为无线充电***的规划位置矩阵，若在中间站s处规划无线充电站则其数值为1，否则为0，/>为无线充电站的单位规划成本，/>为中间站s处规划的光伏电池数量，/>为光伏电池的单位价格，/>为中间站s处规划的储能***数量，/>为储能***的单位价格，/>为行驶线路x上运营的电动公交车数量，/>为电动公交车单价，/>为对电动公交车电池扩容的单价，/>为电动公交车扩容矩阵，若对行驶路线x上的电动公交车进行车载电池扩容则其数值为1，否则为0， />、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上通过无线充电站充入的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的起点站、终点站处通过有线充电站充入的电能；/>、/>分别为进行无线充电、有线充电的服务单价；/>、/>分别为行驶路线x的去程道路和返程道路的集合；
所述联合充电***优化模型包括行驶线路所需电动公交车数量的约束、电动公交车发车间隔约束、电动公交车从有线充电站获取能量的约束、电动公交车从无线充电站获取能量的约束、电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束、电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束、电动公交车充电负荷接入时配电网的约束、无线充电站的光伏和储能约束，所述电动公交车充电负荷接入时配电网约束包括功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束；
其中，行驶线路所需电动公交车数量的约束具体为：
；
上式中，、/>分别为正常运营时行驶线路x的去程、返程所需要的电动公交车数量；
电动公交车发车间隔约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x的发车间隔时长，/>、/>分别为行驶线路x去程、返程的单程耗时；
电动公交车从有线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
；
；
上式中，为行驶线路x上电动公交车在每次去程时在起点站处可供充电的时长；/>为行驶线路x上电动公交车每次返程时在终点站处可供充电的时长，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中去程的电池初始电量，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中返程的电池初始电量，/>为电动公交车通过有线充电站充电的额定功率；/>
电动公交车从无线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x各中间站的停站时间，/>为电动公交车通过无线充电站充电的额定功率；
电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为电动公交车的初始电池容量、扩容后的电池容量；/>、/>分别为电动公交车电池荷电状态的下限、上限；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上消耗的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上因电池扩容额外消耗的电能；/>为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在起点站处通过有线充电站充入的电能，n为往返次数，bn为返程道路总数，yn为运营时间内的总行程次数；
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在终点站处通过有线充电站充入的电能，an为返程道路总数；
所述无线充电站的光伏和储能约束具体为：
；/>
；
上式中，为大M常数，/>为光伏电池的单位输出功率，/>为单位时间，/>为储能***的单位安装容量；
所述功率平衡约束具体为：
；
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网节点e处的无线充电负荷、有线充电负荷；/>、配电网节点e处接入的基础负荷的有功功率、无功功率；/>、/>分别为与配电网节点e相连的配电网线路w上的有功功率、无功功率；/>为电动公交车运营时段的集合，/>、/>、分别为配电网节点e与中间站、起点站、终点站的耦合关系矩阵；/>、/>分别为无线充电、有线充电的能量传输效率；/>、/>分别为无线充电、有线充电的功率因数角；
所述配电网线路功率约束具体为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网线路w的电阻、电抗；/>为配电网线路w在t时段的电压降，/>、/>、/>分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时段的母线电压；/>为配电网母线额定电压，/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限；
所述仿真计算模块2用于通过仿真计算求解上述优化模型，以确定无线充电站的选址方案、行驶线路的电池扩容方案、电动公交车充电运行方案。
实施例3：
参见图7，一种电动公交车有线无线联合充电优化设备，包括处理器3以及存储器4，所述存储器4用于存储计算机程序代码5，并将计算机程序代码5传输给处理器3，所述处理器3用于根据计算机程序代码5中的指令执行实施例1中的电动公交车有线无线联合充电优化方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计C语言和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，其特征在于：
所述优化方法包括：
第一步，构建联合充电***优化模型，所述联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，并包括以下约束：
行驶线路所需电动公交车数量的约束；
电动公交车发车间隔约束；
电动公交车从有线充电站获取能量的约束；
电动公交车从无线充电站获取能量的约束；
电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束；
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束；
电动公交车充电负荷接入时配电网的约束；
无线充电站的光伏和储能约束；
第二步，求解优化模型以确定无线充电站的选址方案、行驶线路的电池扩容方案、电动公交车充电运行方案。
2.根据权利要求1所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，其特征在于：
所述步骤一中，目标函数具体为：
；
；
；
；
上式中，为无线充电***的规划成本，/>为电动公交车的投资成本和电动公交车电池扩容成本之和，/>为有线充电站和无线充电站的充电服务费，/>为贴现率，/>为规划年限，d为一个年度内的典型日数量，/>为无线充电***的规划位置矩阵，若在中间站s处规划无线充电站则其数值为1，否则为0，/>为无线充电站的单位规划成本，/>为中间站s处规划的光伏电池数量，/>为光伏电池的单位价格，/>为中间站s处规划的储能***数量，为储能***的单位价格，/>为行驶线路x上运营的电动公交车数量，/>为电动公交车单价，/>为对电动公交车电池扩容的单价，/>为电动公交车扩容矩阵，若对行驶路线x上的电动公交车进行车载电池扩容则其数值为1，否则为0， />、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上通过无线充电站充入的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的起点站、终点站处通过有线充电站充入的电能；/>、/>分别为进行无线充电、有线充电的服务单价；/>、/>分别为行驶路线x的去程道路和返程道路的集合。
3.根据权利要求2所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，其特征在于：
所述步骤一中，行驶线路所需电动公交车数量的约束具体为：
；
上式中，、/>分别为正常运营时行驶线路x的去程、返程所需要的电动公交车数量；
所述电动公交车发车间隔约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x的发车间隔时长，/>、/>分别为行驶线路x去程、返程的单程耗时；
所述电动公交车从有线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
；
；
上式中，为行驶线路x上电动公交车在每次去程时在起点站处可供充电的时长；为行驶线路x上电动公交车每次返程时在终点站处可供充电的时长，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中去程的电池初始电量，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中返程的电池初始电量，/>为电动公交车通过有线充电站充电的额定功率；
所述电动公交车从无线充电站获取能量的约束具体为：
；
；
上式中，为行驶线路x各中间站的停站时间，/>为电动公交车通过无线充电站充电的额定功率；
所述电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为电动公交车的初始电池容量、扩容后的电池容量；/>、/>分别为电动公交车电池荷电状态的下限、上限；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上消耗的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上因电池扩容额外消耗的电能；为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在起点站处通过有线充电站充入的电能，bn为返程道路总数，yn为运营时间内的总行程次数；
所述电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在终点站处通过有线充电站充入的电能，an为去程道路总数；
所述无线充电站的光伏和储能约束具体为：
；
；
上式中，为大M常数，/>为光伏电池的单位输出功率，/>为单位时间，/>为储能***的单位安装容量。
4.根据权利要求3所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，其特征在于：
所述步骤一中，电动公交车充电负荷接入时配电网约束包括功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束。
5.根据权利要求4所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化方法，其特征在于：
所述功率平衡约束具体为：
；
；
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网节点e处的无线充电负荷、有线充电负荷； />、/>配电网节点e处接入的基础负荷的有功功率、无功功率；/>、/>分别为与配电网节点e相连的配电网线路w上的有功功率、无功功率；/>为电动公交车运营时段的集合，/>、/>、/>分别为配电网节点e与中间站、起点站、终点站的耦合关系矩阵；/>、/>分别为无线充电、有线充电的能量传输效率；/>、/>分别为无线充电、有线充电的功率因数角；
所述配电网线路功率约束具体为：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束具体为：
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网线路w的电阻、电抗；/>为配电网线路w在t时段的电压降，/>、/>、/>分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时段的母线电压；/>为配电网母线额定电压，/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限。
6.一种电动公交车有线无线联合充电优化***，其特征在于：
所述优化***包括模型构建模块（1）、仿真计算模块（2），所述模型构建模块（1）用于构建联合充电***优化模型，所述联合充电***优化模型以***总成本最小为目标函数，并包括以下约束：
行驶线路所需电动公交车数量的约束；
电动公交车发车间隔约束；
电动公交车从有线充电站获取能量的约束；
电动公交车从无线充电站获取能量的约束；
电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束；
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束；
电动公交车充电负荷接入时配电网的约束；
无线充电站的光伏和储能约束；
所述仿真计算模块（2）用于通过仿真计算求解优化模型，以确定无线充电站的选址方案、行驶线路的电池扩容方案、电动公交车充电运行方案。
7.根据权利要求6所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化***，其特征在于：
所述模型构建模块（1）用于构建如下的目标函数：
；
；
；
；
上式中，为无线充电***的规划成本，/>为电动公交车的投资成本和电动公交车电池扩容成本之和，/>为有线充电站和无线充电站的充电服务费，/>为贴现率，/>为规划年限，d为一个年度内的典型日数量，/>为无线充电***的规划位置矩阵，若在中间站s处规划无线充电站则其数值为1，否则为0，/>为无线充电站的单位规划成本，/>为中间站s处规划的光伏电池数量，/>为光伏电池的单位价格，/>为中间站s处规划的储能***数量，为储能***的单位价格，/>为行驶线路x上运营的电动公交车数量，/>为电动公交车单价，/>为对电动公交车电池扩容的单价，/>为电动公交车扩容矩阵，若对行驶路线x上的电动公交车进行车载电池扩容则其数值为1，否则为0， />、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上通过无线充电站充入的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的起点站、终点站处通过有线充电站充入的电能；/>、/>分别为进行无线充电、有线充电的服务单价；/>、/>分别为行驶路线x的去程道路和返程道路的集合。
8.根据权利要求7所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化***，其特征在于：
所述模型构建模块（1）用于构建如下的行驶线路所需电动公交车数量的约束：
；
上式中，、/>分别为正常运营时行驶线路x的去程、返程所需要的电动公交车数量；
所述模型构建模块（1）还用于构建如下的电动公交车发车间隔约束：
；
；
上式中，为行驶线路x的发车间隔时长，/>、/>分别为行驶线路x去程、返程的单程耗时；
所述模型构建模块（1）还用于构建如下的电动公交车从有线充电站获取能量的约束：
；
；
；
；
上式中，为行驶线路x上电动公交车在每次去程时在起点站处可供充电的时长；为行驶线路x上电动公交车每次返程时在终点站处可供充电的时长，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中去程的电池初始电量，/>为行驶线路x上电动公交车在第y个行程中返程的电池初始电量，/>为电动公交车通过有线充电站充电的额定功率；
所述模型构建模块（1）还用于构建如下的电动公交车从无线充电站获取能量的约束：
；
；
上式中，为行驶线路x各中间站的停站时间，/>为电动公交车通过无线充电站充电的额定功率；
所述模型构建模块（1）还用于构建如下的电动公交车在同一行驶线路上去程时电池荷电状态的约束：
；
；
；
上式中，、/>分别为电动公交车的初始电池容量、扩容后的电池容量；/>、/>分别为电动公交车电池荷电状态的下限、上限；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上消耗的电能；/>、/>分别为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中的去程道路a、返程道路b上因电池扩容额外消耗的电能；为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在起点站处通过有线充电站充入的电能，bn为返程道路总数，yn为运营时间内的总行程次数；
所述模型构建模块（1）还用于构建如下的电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束：
电动公交车在同一行驶线路上返程时电池荷电状态的约束具体为：
；
；
；
上式中，为行驶路线x上的电动公交车在第y个行程中在终点站处通过有线充电站充入的电能，an为去程道路总数；
所述无线充电站的光伏和储能约束具体为：
；
；
上式中，为大M常数，/>为光伏电池的单位输出功率，/>为单位时间，/>为储能***的单位安装容量。
9.根据权利要求8所述的一种电动公交车有线无线联合充电优化***，其特征在于：
所述模型构建模块（1）还用于构建包括功率平衡约束、配电网线路功率约束、配电网节点电压约束的电动公交车充电负荷接入时配电网约束，其中，所述功率平衡约束如下：
；
；
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网节点e处的无线充电负荷、有线充电负荷；/>、/>配电网节点e处接入的基础负荷的有功功率、无功功率；/>、/>分别为与配电网节点e相连的配电网线路w上的有功功率、无功功率；/>为电动公交车运营时段的集合，/>、/>、/>分别为配电网节点e与中间站、起点站、终点站的耦合关系矩阵；/>、/>分别为无线充电、有线充电的能量传输效率；/>、/>分别为无线充电、有线充电的功率因数角；
所述配电网线路功率约束如下：
；
上式中，为配电网线路的有功功率上限；
所述配电网节点电压约束如下：
；
；
；
上式中，、/>分别为配电网线路w的电阻、电抗；/>为配电网线路w在t时段的电压降，/>、/>、/>分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时段的母线电压；/>为配电网母线额定电压，/>、/>分别为配电网母线电压的上限、下限。
10.一种电动公交车有线无线联合充电优化设备，其特征在于：
所述优化设备包括处理器（3）以及存储器（4）；
所述存储器（4）用于存储计算机程序代码（5），并将所述计算机程序代码（5）传输给所述处理器（3）；
所述处理器（3）用于根据所述计算机程序代码（5）中的指令执行权利要求1-5任一项所述的电动公交车有线无线联合充电优化方法。
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