基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统及其优化方法技术方案

本发明专利技术公开了基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统及其优化方法，包含充电站、后台管理系统、地图服务、微信公众平台，所述后台管理系统包含数据接收模块、调度模型建立模块、分配计算模块和GIS系统，目前对电动汽车充电策略的研究多是从单个电动汽车角度出发，而随着全球对电动汽车的关注热度的提高，未来电动汽车的数量将是极大的，如果以单个电动汽车为研究对象，其计算量会很大，因此，本文考虑从整个电动汽车群出发，研究一种既能满足电动汽车用户充电需求，又能减少相应计算量的方法及研发相应的充电调度系统是十分必要的。

Large scale electric vehicle charging scheduling system based on two clustering and its optimization method

The invention discloses a large scale electric vehicle charging scheduling system based on two clustering and its optimization method, including the charging station, the backstage management system, the map service and the WeChat public platform. The background management system includes the data receiving module, the scheduling model establishment module, the distribution calculation module and the GIS system. The research on the charging strategy is mainly from the angle of the single electric vehicle, and the number of electric vehicles will be great in the future with the increase of the heat of attention to the electric vehicle in the world. If a single electric vehicle is taken as the research object, the amount of calculation will be very large. Therefore, this article is considered from the whole electric vehicle group. It is necessary to study a method which can not only satisfy the charging demand of the electric vehicle users, but also reduce the corresponding amount of calculation and develop the corresponding charging scheduling system.

【技术实现步骤摘要】
基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统及其优化方法
本专利技术属于电动汽车充电控制领域，尤其涉及基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统及其优化方法。
技术介绍
目前，全球汽车工业正在快速发展，汽车保有量迅猛增加，但由此导致的环境污染、能源短缺、资源枯竭等问题受到全世界的极大关注。电动汽车因其节能、环保的特性成为全球汽车产业未来的新选择，世界各国都纷纷加入到电动汽车技术研发和市场竞争中。可以预见，未来将有大量可移动的电动汽车充电负荷接入电网，然而，大规模电动汽车在时间和空间上的无序充电行为不仅可能导致充电站的资源利用率不均衡，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。而且有可能使用户的充电时间过长，影响电动汽车用户出行的便利性，直接影响消费者对电动汽车的购买行为。因此，有必要在时间和空间两个维度上研究对电动汽车充电负荷的分配引导方法，实现对电动汽车这一移动负荷的优化调度。为了解决电动汽车充电负荷优化调度问题，专利201210471981.9(电动汽车充电负荷空间调度系统及方法)提出了一种电动汽车充电负荷空间调度系统及调度方法，该系统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载、线路拥塞等问题。但是该方法针对单个电动汽车，计算量比较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供一种基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统及其优化方法，实现对电动汽车这一移动负荷的优化调度。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，包含充电站、后台管理系统、地图服务、微信公众平台，所述后台管理系统包含数据接收模块、调度模型建立模块、分配计算模块和GIS系统；其中：充电站，用于提供电动汽车充电所需电能；GIS系统，用于获取各电动汽车至各充电站的最优路径距离；数据接收模块，用于接收用户的充电请求以及充电站的实时信息；调度模型建立模块，用于计算各个充电站内的电动汽车数是否均匀分配，根据来自微信公众平台的充电请求、电动汽车位置坐标、电动汽车电池剩余里程，以及GIS系统获取的各电动汽车至各充电站的最优路径距离，建立电动汽车充电调度模型；分配结果计算模块，用于采用空间分配算法和遗传算法求解第i辆电动汽车分配至哪个充电站，并发送至微信公众平台，同时发送的还有来自地图服务中关于该充电站的位置导航服务；地图服务，用于提供实时路况信息查询和导航服务。作为本专利技术基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统的进一步优选方案，所述用户的充电请求包括用户的微信账号、当前位置、车型；所述充电站实时信息包括充电站的名称、充电站的地址、充电站内的电动汽车数。作为本专利技术基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统的进一步优选方案，所述充电站与后台管理系统通过光纤有线通信的方式进行数据传输。作为本专利技术基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统的进一步优选方案，电动汽车调度模型如下：每个充电站内分配的电动汽车数与充电桩数比值的差值其中其中，Sj表示充电站CSj内的电动汽车个数；或1，1表示电动汽车EVi选择充电站CSj充电，0表示否；所有的电动汽车与前往充电的充电站的行驶时间之和其中，lij表示电动汽车EVi到充电站CSj的最优路径距离，为电动汽车EVi的平均行驶速度；根据最小化充电站内充电桩的利用率和前往充电站充电的平均行驶时间可建模为minF＝α1F1+α2F2，其中α1,α2(α≥0)是平衡因子。作为本专利技术基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统的进一步优选方案，空间分配算法包括层次聚类算法和K-means聚类算法。作为本专利技术基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统的进一步优选方案，微信公众平台与地图服务之间数据传输的方式是光纤通信方式，后台管理系统与地图服务之间数据传输的方式是光纤通信方式。一种基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度优化方法，具体包含如下步骤：步骤1，用户通过微信公众号向微信公众平台发送充电请求；步骤2，后台管理系统的数据接收模块负责接收用户的充电请求，并从各个充电站收集当前站内的待充电电动汽车数；步骤3，数据接收模块通过调用GIS系统，得到该电动汽车EVi到充电站CSj最优路径距离信息lij，并将该信息以及充电站信息发送给调度模型建立模块；步骤4，调度模型建立模块计算各个充电站内的电动汽车数是否均匀分配，根据各电动汽车至不同充电站的最优路径距离lij，建立电动汽车充电调度模型；步骤5分配结果计算模块计算电动汽车EVi分配至充电站充电CSj的决策变量步骤6，分配结果计算模块将分配结果通过微信公众平台发送至用户的微信公众号，同时发送的还有来自地图服务中关于该充电站的位置导航服务。作为本专利技术一种基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度优化方法的进一步优选方案，所述步骤5具体方法如下：1)通过凝聚型层次聚类算法将同一时间有充电请求的电动汽车进行聚类，设层次聚类后获得的类个数为K，某个电动汽车群数量为Qi，最小充电桩数为q，则该电动汽车群的聚类指标为从电动汽车群Qi中任选ki个样本作为初始聚类中心2)对电动汽车群Qi中每个样本xi找到离它最近的聚类中心zq，并将其分配到zq所表明的类uq；3)采取平均的方法计算重新分类后的各类心；4)计算其中，D是指每个聚类里面电动汽车与聚类中心坐标点距离的和；5)如果D值收敛，则及每个类内的电动汽车集合，并进行电动汽车群Qi+1的聚类，否则转至2)；6)获取电动汽车类个数为以及各个类的聚类中心及电动汽车集合；7)采用遗传算法来求解，建立初始群体，其中，染色体上的基因表示电动汽车类选择的充电站类型；8)计算各个体的适应度；9)根据遗传概率，通过选择、交叉、突变操作，不断循环执行，逐渐逼近全局最优解，进而求得本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、目前对电动汽车充电策略的研究多是从单个电动汽车角度出发，而随着全球对电动汽车的关注热度的提高，未来电动汽车的数量将是极大的，如果以单个电动汽车为研究对象，其计算量会很大，因此，本文考虑从整个电动汽车群出发，研究一种既能满足电动汽车用户充电需求，又能减少相应计算量的方法及研发相应的充电调度系统是十分必要的；2、传统的电动汽车充电选择策略大多是从单个电动汽车的角度出发，但是随着大规模电动汽车普遍应用，可能会增加系统的计算成本，也可能会导致电动汽车用户获取最佳充电站的时间增加，从而影响用户的出行体验，因此，本专利考虑从整个电动汽车群出发，研究一种既能满足电动汽车用户充电需求，又能减少相应计算量的方法及研发相应的充电调度系统是十分必要的；3、相比较于对每个电动汽车使用遗传算法求解，本专利所提出的电动汽车聚类方法能够更快地向用户提供最佳的充电站，提高用户的出行便利性，有利于电动汽车的规模化应用，同时对环境的可持续化发展也有很大的益处，此外，对电动汽车充电负荷空间调度，能够充分利用各个充电站资源，达到防止出现电网局部过负荷、线路拥塞等问题。4、采用微信公众号的方式，电动汽车用户可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，其特征在于：包含充电站、后台管理系统、地图服务、微信公众平台，所述后台管理系统包含数据接收模块、调度模型建立模块、分配计算模块和GIS系统；其中：充电站，用于提供电动汽车充电所需电能；GIS系统，用于获取各电动汽车至各充电站的最优路径距离；数据接收模块，用于接收用户的充电请求以及充电站的实时信息；调度模型建立模块，用于计算各个充电站内的电动汽车数是否均匀分配，根据来自微信公众平台的充电请求、电动汽车位置坐标、电动汽车电池剩余里程，以及GIS系统获取的各电动汽车至各充电站的最优路径距离，建立电动汽车充电调度模型；分配结果计算模块，用于采用空间分配算法和遗传算法求解第i辆电动汽车分配至哪个充电站，并发送至微信公众平台，同时发送的还有来自地图服务中关于该充电站的位置导航服务；地图服务，用于提供实时路况信息查询和导航服务。

【技术特征摘要】
1.基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，其特征在于：包含充电站、后台管理系统、地图服务、微信公众平台，所述后台管理系统包含数据接收模块、调度模型建立模块、分配计算模块和GIS系统；其中：充电站，用于提供电动汽车充电所需电能；GIS系统，用于获取各电动汽车至各充电站的最优路径距离；数据接收模块，用于接收用户的充电请求以及充电站的实时信息；调度模型建立模块，用于计算各个充电站内的电动汽车数是否均匀分配，根据来自微信公众平台的充电请求、电动汽车位置坐标、电动汽车电池剩余里程，以及GIS系统获取的各电动汽车至各充电站的最优路径距离，建立电动汽车充电调度模型；分配结果计算模块，用于采用空间分配算法和遗传算法求解第i辆电动汽车分配至哪个充电站，并发送至微信公众平台，同时发送的还有来自地图服务中关于该充电站的位置导航服务；地图服务，用于提供实时路况信息查询和导航服务。2.根据权利要求1所述的基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，其特征在于：所述用户的充电请求包括用户的微信账号、当前位置、车型；所述充电站实时信息包括充电站的名称、充电站的地址、充电站内的电动汽车数。3.根据权利要求1所述的基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，其特征在于：所述充电站与后台管理系统通过光纤有线通信的方式进行数据传输。4.根据权利要求1所述的基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，其特征在于：其中，电动汽车调度模型如下：每个充电站内分配的电动汽车数与充电桩数比值的差值其中其中，Sj表示充电站CSj内的电动汽车个数；或1，1表示电动汽车EVi选择充电站CSj充电，0表示否；所有的电动汽车与前往充电的充电站的行驶时间之和其中，lij表示电动汽车EVi到充电站CSj的最优路径距离，为电动汽车EVi的平均行驶速度；根据最小化充电站内充电桩的利用率和前往充电站充电的平均行驶时间可建模为minF＝α1F1+α2F2，其中α1,α2(α≥0)是平衡因子。5.根据权利要求1所述的基于二次聚类的大规模电动汽车充电调度系统，其特征在于：空间分配算法包括层次聚类算法和K-means聚类算法。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，杨春玉，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32