【技术实现步骤摘要】
电动公交充电系统成本分析方法、系统、装置及介质
[0001]本专利技术涉及充电成本优化
，尤其涉及一种电动公交充电系统成本分析方法、系统、装置及介质。
技术介绍
[0002]电动公交系统会产生与充电设施部署和电池采购相关的巨额资金成本，是阻碍电动公共交通大规模实现的不可忽视障碍。目前盛行的充电技术包括静态充电技术、电池更换充电技术和动态无线充电技术。静态充电技术是指充电设施允许公交车停在公交线路沿线的车辆段或公交车站时以插入式或无线方式进行充电。另一种先进的静态充电技术称为机会充电，它可以在中间站点频繁充电。充电站的机会充电可以根据具体的充电方式进一步分类，例如充电站是否部署了受电弓充电器，或者是否支持静态无线电力传输(WPT)。这种机会充电技术可以减少公交车电池的容量，但需要整合到公交车时刻表中。换电池充电技术需要一个电池更换站和多块电池作为备用轮换。WPT技术也可以用作一种在途收费模式。WPT技术利用嵌入路面的充电基础设施(如电网、磁线圈)，将电能传输到车辆的感应式拾取元件。这种无线充电技术可以提供不间断的充电服务
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电动公交充电系统成本分析方法，其特征在于，包括以下步骤：定义电动公交充电系统的生命周期成本，所述生命周期成本包括初始投资、未来额外投资和和年度经常性投资；定义初始投资包括充电设施的初始建设成本、初始公交车辆购置成本和初始电池采购成本，确定三种充电模式的初始投资；定义年度经常性投资包括运营成本和温室气体排放成本，确定三种充电模式的年度经常性投资；定义未来额外投资包括技术更换成本，确定三种充电模式的未来额外投资；设计三种充电模式下电动公交系统的运行模式，并计算三种充电模式对应的生命周期成本；其中，三种充电模式为静态充电站模式、电池更换站模式和动态无线充电车道模式。2.根据权利要求1所述的一种电动公交充电系统成本分析方法，其特征在于，所述生命周期成本的公式表达式如下：F
LCC
＝F
CAP
+F
OP
+F
GHG
+F
REP
其中，F
LCC
为生命周期成本，F
CAP
是初始投资，F
OP
是运营成本，F
GHG
表示温室气体排放成本，F
REP
表示技术更换成本。3.根据权利要求2所述的一种电动公交充电系统成本分析方法，其特征在于，所述初始投资的公式表达式如下：F
CAP
＝F
CO
+F
BA
+F
BUS
其中，F
CO
表示初始建设成本，F
BUS
表示初始公交车辆购置成本，F
BA
表示初始电池采购成本；三种充电模式下初始建设成本F
CO
的计算方式如下：在静态充电站模式SCS下，初始建设成本F
CO
包括建设终端充电站的成本和建设机会充电站的成本，表达式如下：式中，x
i
表示是否选择构建公交车站i为机会充电站；C
end
为建设终端充电站的成本，C
c，o
为机会充电站的单位建设成本；在电池更换站模式BSS下，初始建设成本F
CO
是建设交换充电站的固定成本C
c，s
；在动态无线充电车道模式DWCL下，初始建设成本F
CO
包括终端充电站的成本和充电车道的建设成本；所述充电车道的建设成本包括每个网段的建设成本和部署地下馈线和铺设路面的建设成本；初始建设成本F
CO
的表达式如下：式中，C
end
为建设终端充电站的成本，z
i
为是否选择公交车站i与公交车站i+1之间的路线设置充电车道，C
c，t
和C
c，l
分别表示每个网段的建设成本和每公里充电车道的建设成本，d
i
表示公交车站i和公交车站i+1之间的充电车道长度。4.根据权利要求3所述的一种电动公交充电系统成本分析方法，其特征在于，三种充电
模式的初始建设成本的表达式如下：三种充电模式的电池采购成本的表达式如下：式中，C
BA
为电池价格，E为电池容量，n
BA
为电池数量，在静态充电站模式SCS和动态无线充电车道模式DWCL模式下，电池数量与公交车队中的公交车数量Q相同；初始公交车辆购置成本的表达式如下：F
BUS
＝C
BUS
Q式中，C
BUS
是公交车的单价。5.根据权利要求4所述的一种电动公交充电系统成本分析方法，其特征在于，所述运营成本包括电力消耗成本和维护成本，所述运营成本的表达式如下：式中，F
energy，j
为电力消耗成本，F
maintenance，j
是维护成本，j表示年份；d
rate
表示折扣率；三种充电模式下电力消耗成本的表达式如下：上式中，对于静态充电站模式SCS，能耗包括终端充电功耗和机会充电功耗两部分；年能源成本是完成单个线路消耗的能源乘以全年服务的总线路次数的结果，用fTN
day
表示；在终端站充电过程中，所用电量为SOC
max
‑
SOC
I
乘以能效α
end
和终端站的单位电费C
p，end
；机会充电站的能源成本可以从充电时间t
c，o
和相应的充电功率P
c，o
得到；α
c，o
和C
p，o
分别表示机会充电站的充电效率和单位电费；对于电池更换站模式BSS，令y
k
表示在线路k是否更换电池；第j年消耗的能量是k次线路消耗的能量乘以公交车队规模和一年的总运营天数的总和；对于动态无线充电车道模式DWCL，电力消耗成本包括两部分：终端站消耗和充电通道的成本；终端站消耗为：所用电量为SOC
max
‑
SOC
I
乘以能效α
end
和终端站的单位电费C
p，end
；充电通道的成本是由充电通道消耗的所有电量的总和得出的：令变量z
i
和d
i
分别表示从公交站i到公交站i+1的路线是否构建为充电车道和充电车道的长度；维护成本包括公交车的维护成本和设施的维护成本，第j年的维护成本的表达式如下：
因为公交车的维护成本和设施的维护成本是恒定的，因此第j年的维护成本取决于车队中公交车数量Q和电池数量n
BA
，以及充电模式；温室气体排放成本的货币价值的表达式如下：式中，C
β
是用于将排放转换为资本成本的货币标量，d
rate
是年折现率；F
GHG，facility
为温室气体排放量，F
GHG，e
‑
bus
表示电动公交车产生的全生命周期温室气体排放成本。6.根据权利要求5所述的一种电动公交充电系统成本分析方法，其特征在于，所述技术更换成本F
REP
是为了计算生命周期运行过程中发生的资本成本；所述技术更换成本F
REP
包括电池更换成本和公交更换成本，技术更换成本F
REP
的公式表达式如下：达式如下：Qτ
L
/τ
BUS
为自然寿命；第j年电池的低健康状态EoH通过以式(22)计算，其中SoH0＝100％；上式中，ξ
day
表示每日容量衰减率，N
day
表示每年运行的天数；电池的EoL是一个恒定的阈值，范围为新电池容量的70％
‑
80％；更换后的电池可随后用于静态应用；当第j年的SoH达到阈值时，根据式(23)进行替换，并对替换过程施加约束；Mω
j
+SoH
j
≥0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)上式中，M表示一个大的给定数字，变量ω
j
表示电池是否在第j年更换；在式(24)中，设置了另一个约束，以确保不迟于电池的自然寿命更换电池，Mω
j
+J
calendar
‑
j＞0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)上式中，J
calendar
表示电池根据其自然退化可以运行的最大年数；每日容量衰减率ξ
day
根据充电方式计算，如式(25)所示：上式中，ξ
SCS，cycle
和ξ
DWCL.cycle
表示一个运行周期的退化，日退化通过将循环退化乘以频率f运行小时数T并除以车队规模Q来获得；ξ
BSS，day
表示BSS模式的每日退化；对于静态充电站模式SCS，式(26)显示了退化模型及其计算过程；每个充放电过程包括一个终端站充电时间、次机会充电次数和I次放电次数：
其中，其中，其中，上式中，E
d
表示每公里的能耗，l
i
表示站点i
‑
1到站点i的距离，Ah
i，d
表示放电期的最终电量，Ah
i，c
表示一次机会充电活动的最终电量...
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