一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法技术

本发明专利技术公开了一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法，首先建立电动汽车公共充电网络的有向连通图模型，建立其中节点和边的解析模型并分别表示为特性函数，再利用车流模拟电动汽车在公共充电网络中的行驶和充电行为，以已有车流为背景流量，电动汽车车流为待研究的前景流量，计算有关路段以及可行路径上用户均衡条件下的电动汽车车流分布，从而分析不同网络拓扑结构下的服务质量，包括网络时延、拒绝率和吞吐量。本发明专利技术的方法有利于减少计算量，降低信息采集难度，同时全面考虑用户电动汽车行驶和充电的非线性过程，从而更加高效、准确、全面分析电动汽车公共充电网络的服务质量。

A Quality of Service Analysis Method for Urban Electric Vehicle Public Charging Network

【技术实现步骤摘要】
一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法
本专利技术涉及电动汽车与网络通信
，具体涉及一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法。
技术介绍
近年来，电动汽车发展突飞猛进：2015以来，全球电动汽车产销量一直保持着年均60％以上的高速增长，截至2018年5月，总量已突破300万辆。目前，中国电动汽车保有量已达到全球电动汽车的一半以上。与此同时，电动汽车续航里程短、充电时间长成为掣肘，充电时间往往长达数小时，与续航时间严重倒挂。电动汽车需要借助公共充电基础设施频繁充电、接力充电。城市电动汽车公共充电网络是一张由公共充电站和路网组成、运用信息与通信技术为电动汽车提供充电服务的物联网，服务高密度、大容量的电动汽车车流，满足高随机、高突发的充电需求。城市电动汽车公共充电网络服务质量分析、网络规划和优化需要分析不同拓扑结构对公共充电网络服务质量的影响，面临城市路网拓扑复杂、道路交通流量变化多端、公共充电站点规模各异、电动汽车充电非合作以及电池充放电非线性等难题。本申请专利技术人在实施本专利技术的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：城市电动汽车公共充电网络服务质量分析指标主要包括排队时间、充电时间、吞吐量和拒绝率等，常见方法主要有两类：一类是结合城区内每一辆电动汽车的出发地、目的地、剩余电量和充电偏好等信息，分析充电需求，依次规划行驶路径，之后逐一分析联网公共充电站的工况，得到充电网络的服务质量。这类方法计算量较大，一旦考虑电动汽车之间的相互影响，不仅计算量更大，而且信息采集难度更高。另一类方法则根据公共充电站的位置将城市划分为若干区域，分析每一个区域内电动汽车在该区域的充电需求和跨区充电需求，得到每一座公共充电站的电动汽车到达率，利用排队论方法分析网络服务质量。这类方法注重局部的电动汽车充电需求而没有从全网角度分析电动汽车使用公共充电网络时的行驶和充电过程。由此可知，现有技术中的方法存在计算量大和准确性不高的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法，用以解决或者至少部分解决现有技术中的方法存在计算量大和准确性不高的技术问题。本专利技术提供了一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法，包括：步骤S1：构建城市电动汽车公共充电网络模型，将公共充电站和城市交通路网中的路口作为所述城市电动汽车公共充电网络的节点，将城市交通路网中的路段作为所述城市电动汽车公共充电网络的边，各节点和边共同构成加权有向连通图；步骤S2：基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型，建立节点模型，针对公共充电站，构造与该公共充电站电动汽车流量相关的解析模型对应的特性函数，针对路口，构造与该路口电动汽车流量相关的解析模型对应的特性函数；步骤S3：基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型，建立边模型，并针对路段，构造与该路段车流量相关的解析模型对应的特性函数；步骤S4：利用预先构建的源点-终点矩阵对城市电动汽车公共充电网络模型进行扩展，根据扩展后的模型确定任意源点-终点对之间的全部可行路径，构成可行路径集合；步骤S5：根据可行路径集合中的每一条可行路径经过的公共充电站、路口和路段，分别获取这些公共充电站、路口和路段对应的特性函数，再根据所获取的这些特性函数构造可行路径与公共充电站车流量、路段车流量相关的代价函数；步骤S6：根据所述可行路径集合、所述可行路径的代价函数和所述源点-终点矩阵，计算电动汽车车流在所述城市电动汽车公共充电网络中的分布；步骤S7：根据所述电动汽车车流分布计算所述城市电动汽车公共充电网络的服务质量。在一种实施方式中，步骤S2具体包括：针对公共充电站，逐一建立充电所需的排队时间、充电时间、拒绝率与该站点电动汽车流量关系的解析模型并构造对应的特性函数；针对路口，逐一建立电动汽车经过所需的行驶时间、消耗电量与该路口车流量关系的解析模型并构造对应的特性函数。在一种实施方式中，步骤S3具体包括：对所述城市电动汽车公共充电网络中的路段，逐段建立电动汽车经过该路段的行驶时间、消耗电量与该路段车流量关系的解析模型并构造对应的特性函数，其中，路段车流量由待定的电动汽车流量和所述城市交通流量数据中的已有的车流量构成。在一种实施方式中，步骤S4具体包括：根据所述源点-终点矩阵中源点和终点的位置，将源点和终点嵌入所述加权有向连通图中，并根据源点/终点和路口的连通性确定源点、终点与网络中已有节点的连接方式；计算每一对源点和终点之间的可行路径，构成该源点-终点对之间的可行路径集合，其中，所述源点-终点矩阵中的值用以表示从该源点出发，经由所述可行路径集合中的某一可行路径，前往该终点的电动汽车总流量。在一种实施方式中，步骤S6具体包括：以已有车流为背景流量，电动汽车车流为待研究的前景流量，计算路段和可行路径上用户均衡条件下的电动汽车车流分布，其中，用户均衡条件表示任意源点-终点对之间的电动汽车无法通过改变路径选择来降低路途开销。在一种实施方式中，步骤S7具体包括：根据路段的特性函数计算行驶时间，根据公共充电站点的特性函数计算排队时间、充电时间、拒绝率，并结合拒绝率和电动汽车流量计算公共充电站的吞吐量。在一种实施方式中，步骤S7还包括：根据电动汽车车流通过所述可行路径花费的行驶时间、排队时间、充电时间计算城市电动汽车公共充电网络时延。在一种实施方式中，步骤S7还包括：根据公共充电站的电动汽车流量和拒绝率计算所述城市电动汽车公共充电网络的拒绝率。在一种实施方式中，步骤S7还包括：根据公共充电站吞吐量计算所述城市电动汽车公共充电网络的吞吐量。本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：本专利技术提供的一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法，首先，构建城市电动汽车公共充电网络模型；然后，基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型分别构造与该节点(边)的电动汽车流量相关的解析模型并表示为特性函数，；接着根据预先构建的源点-终点矩阵扩展城市电动汽车公共充电网络模型并嵌入源点\终点；接下来，根据可行路径集合中的每一条可行路径经过的公共充电站、路口和路段分别获取与公共充电站、路口和路段对应的特性函数，再根据获取的特性函数构造可行路径与公共充电站车流量、路段车流量相关的代价函数；再根据可行路径集合、可行路径的代价函数和所述源点-终点矩阵，计算电动汽车车流在城市电动汽车公共充电网络中的分布；最后，根据电动汽车车流分布计算城市电动汽车公共充电网络的服务质量。本专利技术利用车流模拟电动汽车在公共充电网络中的行驶和充电行为，计算用户均衡条件下的电动汽车车流分布，进而分析城市电动汽车公共充电网络的服务质量。其中，用户均衡条件是指在该条件下，任意电动汽车均无法通过改变其行驶路径来降低旅行时间、电量消耗等代价。与现有方法相比，本专利技术的方法有利于减少计算量，降低信息采集难度，同时全面考虑用户电动汽车行驶和充电的非线性过程，从而更加高效、准确、全面地分析电动汽车公共充电网络服务质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法，其特征在于，包括：步骤S1：构建城市电动汽车公共充电网络模型，将公共充电站和城市交通路网中的路口作为所述城市电动汽车公共充电网络的节点，将城市交通路网中的路段作为所述城市电动汽车公共充电网络的边，各节点和边共同构成加权有向连通图；步骤S2：基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型，建立节点模型，针对公共充电站，构造与该公共充电站电动汽车流量相关的解析模型对应的特性函数，针对路口，构造与该路口电动汽车流量相关的解析模型对应的特性函数；步骤S3：基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型，建立边模型，并针对路段，构造与该路段车流量相关的解析模型对应的特性函数；步骤S4：利用预先构建的源点‑终点矩阵对城市电动汽车公共充电网络模型进行扩展，根据扩展后的模型确定任意源点‑终点对之间的全部可行路径，构成可行路径集合；步骤S5：根据可行路径集合中的每一条可行路径经过的公共充电站、路口和路段，分别获取这些公共充电站、路口和路段对应的特性函数，再根据所获取的这些特性函数构造可行路径与公共充电站车流量、路段车流量相关的代价函数；步骤S6：根据所述可行路径集合、所述可行路径的代价函数和所述源点‑终点矩阵，计算电动汽车车流在所述城市电动汽车公共充电网络中的分布；步骤S7：根据所述电动汽车车流分布计算所述城市电动汽车公共充电网络的服务质量。...

【技术特征摘要】
1.一种城市电动汽车公共充电网络服务质量分析方法，其特征在于，包括：步骤S1：构建城市电动汽车公共充电网络模型，将公共充电站和城市交通路网中的路口作为所述城市电动汽车公共充电网络的节点，将城市交通路网中的路段作为所述城市电动汽车公共充电网络的边，各节点和边共同构成加权有向连通图；步骤S2：基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型，建立节点模型，针对公共充电站，构造与该公共充电站电动汽车流量相关的解析模型对应的特性函数，针对路口，构造与该路口电动汽车流量相关的解析模型对应的特性函数；步骤S3：基于构建的城市电动汽车公共充电网络模型，建立边模型，并针对路段，构造与该路段车流量相关的解析模型对应的特性函数；步骤S4：利用预先构建的源点-终点矩阵对城市电动汽车公共充电网络模型进行扩展，根据扩展后的模型确定任意源点-终点对之间的全部可行路径，构成可行路径集合；步骤S5：根据可行路径集合中的每一条可行路径经过的公共充电站、路口和路段，分别获取这些公共充电站、路口和路段对应的特性函数，再根据所获取的这些特性函数构造可行路径与公共充电站车流量、路段车流量相关的代价函数；步骤S6：根据所述可行路径集合、所述可行路径的代价函数和所述源点-终点矩阵，计算电动汽车车流在所述城市电动汽车公共充电网络中的分布；步骤S7：根据所述电动汽车车流分布计算所述城市电动汽车公共充电网络的服务质量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：针对公共充电站，逐一建立充电所需的排队时间、充电时间、拒绝率与该站点电动汽车流量关系的解析模型并构造对应的特性函数；针对路口，逐一建立电动汽车经过所需的行驶时间、消耗电量与该路口车流量关系的解析模型并构造对应的特性函数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洵，符竞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42