一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法技术

本发明专利技术涉及一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法。以单条公交线路为研究对象，在满足公交总站发车时刻表所要求的各时段发车需求这一大前提下，优化配置公交线路电气化情况下电动公交客车和充电桩的型号、数量，视公交线路电气化后的年度费用最小。本发明专利技术提出的方法能够用于指导地区或城市公交线路的电气化建设。

A linearized modeling method for the electrified optimal configuration of bus lines

The present invention relates to a linearized modeling method for optimizing the electrification configuration of bus lines. The single bus line as the research object, to meet the bus station timetable each time the needs of start required by this premise, the optimization model, the number of electric bus and charging pile configuration bus line electrification case, as the bus lines electrified after years of minimum cost. The method proposed in the present invention can be used to guide the electrification construction of the bus lines in a district or a city.

【技术实现步骤摘要】
一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法
本专利技术属于电力系统规划
，涉及一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法。
技术介绍
在环境污染问题日益严重和我国石油进口依赖程度过大的双重背景下，电动汽车因其绿色清洁和不消耗传统燃油的特点成为社会关注的热点，电动汽车的普及率也不断提高。不同的国家、地区及相关企业也出台一系列政策支持推动电动汽车的发展。作为城市交通重要的环节，公共交通电气化将成为必然趋势。在此背景下，亟需一种公交线路电气化优化配套方法解决电气化公交线路的配置决策问题，以支撑城市公交线路电气化进程的发展。本专利技术提出一种公交线路电气化优化配套的线性化建模方法，以单条公交线路为研究对象，考虑公交线路总站的发车需要，优化配置公交线路电气化情况下电动公交客车和充电桩配置型号、数量，利用提出的优化配置方法能够用于指导地区或城市公交线路的电气化建设，在一定程度上推动城市公交电气化的发展。现有对电动公交线路的研究主要集中运行层面，如针对电动公交及动力电池充换电决策问题的研究，缺乏一种针对电气化公交线路优化配置的理论方法。同时，在电动公交运行模拟
广泛采用的建模方式并不是等时间间隔的模型，使得现有的技术方案与现有的电力系统模型配合存在困难。为了解决这一问题，本发型考虑公交发车需求，提出一种公交线路电气化优化配置的线性化建模的理论方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法，以单条公交站为研究对象，根据发车时刻表满足公交总站的发车需求，优化配置公交线路电气化情况下电动公交客车和充电桩配置型号、数量，该方法能够用于指导地区或城市公交线路的电气化建设。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法，包括如下步骤，步骤S1、建立目标函数：考虑到一条公交线路电气化所带来年度费用包括投资费用和运行费用，投资费用包括配置电动公交车、充电桩的设备购置费，运行费用包括电动公交车充电所缴纳的电费；则构建目标函数如下：minf＝Ce-bus+Ccharger+365·Cch(1)式中，Ce-bus和Ccharger分别是电动公交车和充电桩的购置费用，Cch是为电动公交充电所产生的日充电费用，且式中，和分别是特定型号电动公交数量和特定型号充电桩的数量；和分别是购置一辆电动公交车和一个充电桩的费用；r是贴现率；Le-bus和Lcharger分别是电动公交车和充电桩的寿命；c(t)是t时刻的系统电价，是编号为m的电动公交t时刻的充电功率；步骤S2、构建约束条件：根据步骤S1建立的目标函数，构建约束条件如下：其中，式(5)表示公交运行需要满足发车时刻表，其中Ndeparture(t)是t时刻的发车数量，ym(t)表示编号为m的电动公交t时刻是否发车的状态；式(6)表示的是电动公交电池的SOC约束，其中Sm(t)是编号为m的电动公交t时刻的SOC量，和分别是最大和最小SOC水平；式(7)是电动公交SOC的更新公式，其中是由充电导致的SOC变化量，是电动汽车行驶导致的SOC变化量；式(8)和式(9)是具体的SOC变化量计算公式，其中ηch是充电效率，是编号为m的电动公交t时刻的充电功率，Δt是模型所采用的时间间隔(单位为min)，是电动公交单位里程电量消耗值，是电动公交的行驶速度；式(10)是充电功率的计算公式，其中是特定型号充电桩的充电功率，是表示编号为m的电动公交t时刻是否由型号为i充电桩的充电；式(11)-式(13)是电动公交行驶距离计算公式和电动公交行驶距离的约束，其中Dm(t)表示电动公交距离行驶终点的距离，ΔDm(t)是电动公交该时刻行驶的距离，和分别是最大最小距离，是由线路长度决定的参数；式(14)是电动公交行驶状态转移公式，通过对0-1变量zm(t)赋值表现电动公交状态在行驶与待命发车之间切换改变；式(15)和式(16)是表示电动公交是否处于行驶状态的约束方程，其中um(t)是表示电动公交是否处于行驶状态；式(17)-式(19)是表示电动汽车充电状态的约束方程和状态转移公式，其中和分别是表示电动汽车开始充电和停止充电；式(20)和式(21)表示只有处于待命发车状态下的电动公交和购置投资的电动公交才可以充电，其中是表征特定编号电动公交是否购置的决策变量；式(22)表示电动公交仅能通过与配置投资型号对应的充电桩充电，其中是表示是否选择配置型号为i的充电桩；式(23)和(24)则表示一条线路仅能分别选择配置1种型号的电动公交和充电桩，其中是表示是否选择配置型号为j的电动公交；式(25)表示电动公交的电池容量上限容量应与配置投资型号电动公交的容量参数一致，其中capj是型号为j的电动公交的电池容量；式(26)任意时刻同时充电的电动公交数量不能大于特定型号充电桩的配置数量，其中表示型号为i的充电桩的配置数量；式(27)表示每辆电动公交同一时刻仅能用一种型号充电桩充电；式(28)用于计算需要投资购置的电动公交数量；式(29)表示公交线路充电站的负荷不能大于变压器的供电容量，其中P0(t)表示电动公交站原有的负荷，Strans表示电动公交站的配电变压器容量；式(30)表示电动公交SOC的特殊需求，其中Trequire是特殊需求的时间集合，是特殊需求时刻的SOC值；通过步骤S1、S2即完成公交线路电气化优化配置的建模。在本专利技术一实施例中，还包括如下步骤，步骤S3、对建立的公交线路电气化优化配置模型进行线性化：公交线路电气化优化配置模型中，式(8)中有最小值运算，式(14)和(19)中均有条件表达式，式(28)中存在两决策变量的乘积，即式(8)、(14)、(19)、(28)均为非线性表示；为此，将式(8)线性化处理为如下不等式组：上述不等式组中前两个式子保证充电后电动汽车的SOC不超过动力电池的固有容量，第3个不等式表示若该时刻不是SOC充满的时刻下，SOC的充电电量必须等于充电效率、充电功率和充电时间的乘积；式(14)和(19)线性化处理为如下方程：式(28)线性化处理为如下多个方程：上式中，flagm,j是一个0-1变量，该标志符用于表示电动公交车型选择决策和是否配置编号为m的电动公交车；表示一个比较阈值，为了准确判断和是否同时为1，的取值区间可以是(1,2)；当和同时为1时，flagm,j＝1；否则，flagm,j＝0；所以此时特定型号电动公交的配置数量可以通过如下线性表达式表达：相较于现有技术，本专利技术具有以下特点和有益效果：1)本专利技术方法通过建立优化规划模型解决电气化公交线路中电动公交客车和充电桩配置型号、数量优化配置问题；2)提出的方法与现有的技术方案相比，从满足公交发车时刻表这一根本运行需要出发，计及电动公交在途和充电时不可调度的特性，更符合生活实际应用场景；3)提出方法的模型是用等时间间隔表示的标准的优化模型形式，能够直接嵌入到电力系统常用的模型中用于电力系统规划分析研究，具备优秀的兼容性；4)通过线性化处理，使得所提出的模型方法能够利用成熟的商业优化软件求解，提高问题求解的效率和正确性；5)所提出方法能够用于指导地区或城市公交线路的电气化建设和运行，能够节约投资和运行费用，带来巨大的经济效益。具体实施方式下面，对本专利技术的技术方案进行具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤S1、建立目标函数：考虑到一条公交线路电气化所带来年度费用包括投资费用和运行费用，投资费用包括配置电动公交车、充电桩的设备购置费，运行费用包括电动公交车充电所缴纳的电费；则构建目标函数如下：minf＝C

【技术特征摘要】
1.一种公交线路电气化优化配置的线性化建模方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤S1、建立目标函数：考虑到一条公交线路电气化所带来年度费用包括投资费用和运行费用，投资费用包括配置电动公交车、充电桩的设备购置费，运行费用包括电动公交车充电所缴纳的电费；则构建目标函数如下：minf＝Ce-bus+Ccharger+365·Cch(1)式中，Ce-bus和Ccharger分别是电动公交车和充电桩的购置费用，Cch是为电动公交充电所产生的日充电费用，且式中，和分别是特定型号电动公交数量和特定型号充电桩的数量；和pricharger分别是购置一辆电动公交车和一个充电桩的费用；r是贴现率；Le-bus和Lcharger分别是电动公交车和充电桩的寿命；c(t)是t时刻的系统电价，是编号为m的电动公交t时刻的充电功率；步骤S2、构建约束条件：根据步骤S1建立的目标函数，构建约束条件如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：张成炜，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35