一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法，方法包括：通过高速公路系统实际道路容量和车流量的分析，利用LTM模型对高速公路进行路段和节点建模，构建动态车流模型，结合电动汽车SOC变化预测，获得该场景下的电动汽车充电需求模型。此外，高速公路换电站作为高速公路上重要的交通设施，其低碳建设、运营能够加速发展低碳交通。所以本发明专利技术充分考虑换电站在建设、运营过程中碳排放的控制，以低碳效益和换电站经济效益最大化作为目标函数，以低碳效益为导向，采用改进的遗传算法对其进行求解，选择最为适宜的选址定容方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法


[0001]本专利技术属于新能源
，涉及一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法。

技术介绍

[0002]随着人们保护环境的意识逐渐提升，以及传统化石能源的短缺，新能源汽车被广发关注。截止到2022年8月底，我国的电动汽车保有量已达到1099万辆，为满足电动汽车用户的日常使用，大规模的充电站已经投入使用，然而考虑到电动汽车行驶里程问题，许多电动汽车用户不敢出远门，不敢上高速，而我国高速公路总长度达到16.1万公里，并且以目前的电动汽车发展趋势，它即将成为我国居民主要的出行方式。
[0003]考虑到充电站充电时间长，快充对电池损害大等缺点，换点站凭借其超快的换电速度，以及对电池的保护等优点脱颖而出，为此需要在高速公路上进行换电站的优化布局。

技术实现思路

[0004]考虑换电站优化布局时需要加上用户行驶场景和碳排放因素，运营商的投入成本也是同样重要，科学合理的布局，不仅能够直接降低换电站的固定费用投资和投产后的运营成本，而且能够降低碳排放，以及方便用户出行，促进新能源电动汽车的大规模使用。
[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决电动汽车里程限制，以及高速等待充电成本高等问题，本专利技术提供一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]第一方面，提供一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法，包括：
[0008]S1、根据高速公路历史交通数据，基于路段传输模型，建立高速公路动态车流量计算模型；
[0009]S2、根据高速公路历史交通数据，对进入高速公路的电动汽车进行SOC变化预测，结合所述高速公路动态车流量计算模型，构建高速公路电动汽车能量补给需求模型；
[0010]S3、根据国家发布的《建筑碳排放计算》，构建高速公路换电站碳排放总量Ec计算模型；
[0011]S4、基于高速公路电动汽车能量补给需求模型和高速公路换电站碳排放总量Ec计算模型，建议目标模型，所述目标模型以低碳效益最大化和换电站经济效益最大化构建目标函数，以电池储备量作为约束条件；
[0012]S5、采用改进的自适应遗传算法对目标模型进行求解，得到高速公路换电站优化配置方案。
[0013]在一些实施例中，步骤S1中，高速公路动态车流量计算模型，包括：
[0014]根据路段传输模型所提出的车流量和车流密度定义及公式如下：
[0015]车流量q(x,t)：在单位时间内通过x位置的车辆数目；
[0016][0017]车流密度ρ(x,t)：通过单位长度x的车辆数目；
[0018][0019]其中，S(x,t)为高速公路x位置t时刻之前通过的车辆的总数；
[0020]根据车流密度的定义，将高速公路分为以下几种状态：
[0021](5)畅通状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)小于ρ
max
(x)；
[0022](6)临界状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)等于ρ
max
(x)；
[0023](7)拥挤状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)大于ρ
max
(x)，且ρ(x,t)小于ρ
max
(x,s)；
[0024](8)静止状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)等于ρ
max
(x,s)；
[0025]其中，ρ
max
(x)为该路段容纳最多车辆且保持畅通的车流密度；ρ
max
(x,s)该路段最多容纳车辆且保持缓慢前进的车流密度；
[0026]设定高速公路每一个路段的容量与前后路段接受输出相关：
[0027]O
a
(t)+O
g
(t)＝I
b
(t)
[0028]O
b
(t)＝I
c
(t)+I
e
(t)
[0029]其中，O
a
(t)、O
g
(t)、O
b
(t)分别为t时刻a、g、b路段输出的车辆数目，I
b
(t)、I
c
(t)、I
e
(t)分别为b、c、e路段接收到的车辆数目；
[0030]所以每个节点的车流量如下：
[0031]F
A
(t)＝min{S
A
(t+Δt)
‑
S
A
(t),I
a
(t)}
[0032]F
B
(t)＝min{O
a
(t)+O
g
(t),I
b
(t)}
[0033]F
C
(t)＝min{O
b
(t),I
c
(t)+I
e
(t)}
[0034]F
D
(t)＝min{O
c
(t)+O
f
(t),I
d
(t)}
[0035]F
E
(t)＝min{O
e
(t),I
f
(t)}
[0036]F
F
(t)＝O
d
(t)
[0037]F
G
(t)＝min{S
G
(t+Δt)
‑
S
G
(t),I
g
(t)}
[0038]其中，F.(t)为该节点接受/输出的车流量的能力，S
A
(t)、S
G
(t)分别为t时刻通过节点A处的车辆数，t时刻通过节点G的车辆数；
[0039]所以任意路段任意时刻的车流量计算方法如下：
[0040][0041]其中，S(x+Δx,t)为高速公路x+Δx位置t时刻之前通过的车辆的总数；Δt为测量的单位时间。
[0042]在一些实施例中，步骤S2包括：
[0043]进行条件设定：
[0044]当电动汽车电量能够支持到达高速出口，并且支持到达出高速公路后的充电站，则该电动汽车设定为不会在高速公路换电站进行换电；
[0045]当电动汽车电量能够支持达到高速出口，但电量处于警戒线附近，考虑到目前大
多数新能源汽车用户拥有的里程焦虑，设定该类型电动汽车在出高速之前进行换电；
[0046]当电动汽车电量无法抵达高速公路出口，则该电动汽车设定会在高速公路换电站进行能量补给；
[0047]对高速公路单侧通道构建能量补给模型，包括：
[0048](7)获取该段高速公路入口驶入的电动汽车的车辆数量M、每辆车的电荷状态SOC以及行驶的目的地D；
[0049](8)读本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法，其特征在于，包括：S1、根据高速公路历史交通数据，基于路段传输模型，建立高速公路动态车流量计算模型；S2、根据高速公路历史交通数据，对进入高速公路的电动汽车进行SOC变化预测，结合所述高速公路动态车流量计算模型，构建高速公路电动汽车能量补给需求模型；S3、根据国家发布的《建筑碳排放计算》，构建高速公路换电站碳排放总量Ec计算模型；S4、基于高速公路电动汽车能量补给需求模型和高速公路换电站碳排放总量Ec计算模型，建议目标模型，所述目标模型以低碳效益最大化和换电站经济效益最大化构建目标函数，以电池储备量作为约束条件；S5、采用改进的自适应遗传算法对目标模型进行求解，得到高速公路换电站优化配置方案。2.根据权利要求1所述的考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法，其特征在于，步骤S1中，高速公路动态车流量计算模型，包括：根据路段传输模型所提出的车流量和车流密度定义及公式如下：车流量q(x,t)：在单位时间内通过x位置的车辆数目；车流密度ρ(x,t)：通过单位长度x的车辆数目；其中，S(x,t)为高速公路x位置t时刻之前通过的车辆的总数；根据车流密度的定义，将高速公路分为以下几种状态：(1)畅通状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)小于ρ
max
(x)；(2)临界状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)等于ρ
max
(x)；(3)拥挤状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)大于ρ
max
(x)，且ρ(x,t)小于ρ
max
(x,s)；(4)静止状态：指该时刻车流密度ρ(x,t)等于ρ
max
(x,s)；其中，ρ
max
(x)为该路段容纳最多车辆且保持畅通的车流密度；ρ
max
(x,s)该路段最多容纳车辆且保持缓慢前进的车流密度；设定高速公路每一个路段的容量与前后路段接受输出相关：O
a
(t)+O
g
(t)＝I
b
(t)O
b
(t)＝I
c
(t)+I
e
(t)其中，O
a
(t)、O
g
(t)、O
b
(t)分别为t时刻a、g、b路段输出的车辆数目，I
b
(t)、I
c
(t)、I
e
(t)分别为b、c、e路段接收到的车辆数目；所以每个节点的车流量如下：F
A
(t)＝min{S
A
(t+Δt)
‑
S
A
(t),I
a
(t)}F
B
(t)＝min{O
a
(t)+O
g
(t),I
b
(t)}F
C
(t)＝min{O
b
(t),I
c
(t)+I
e
(t)}F
D
(t)＝min{O
c
(t)+O
f
(t),I
d
(t)}
F
E
(t)＝min{O
e
(t),I
f
(t)}F
F
(t)＝O
d
(t)F
G
(t)＝min{S
G
(t+Δt)
‑
S
G
(t),I
g
(t)}其中，F.(t)为该节点接受/输出的车流量的能力，S
A
(t)、S
G
(t)分别为t时刻通过节点A处的车辆数，t时刻通过节点G的车辆数；所以任意路段任意时刻的车流量计算方法如下：其中，S(x+Δx,t)为高速公路x+Δx位置t时刻之前通过的车辆的总数；Δt为测量的单位时间。3.根据权利要求1所述的考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法，其特征在于，步骤S2包括：进行条件设定：当电动汽车电量能够支持到达高速出口，并且支持到达出高速公路后的充电站，则该电动汽车设定为不会在高速公路换电站进行换电；当电动汽车电量能够支持达到高速出口，但电量处于警戒线附近，考虑到目前大多数新能源汽车用户拥有的里程焦虑，设定该类型电动汽车在出高速之前进行换电；当电动汽车电量无法抵达高速公路出口，则该电动汽车设定会在高速公路换电站进行能量补给；对高速公路单侧通道构建能量补给模型，包括：(1)获取该段高速公路入口驶入的电动汽车的车辆数量M、每辆车的电荷状态SOC以及行驶的目的地D；(2)读取每辆车的电荷状态SOC，判断电量能否支持其到达预定目的地；其中，X
D
‑
C
为该车目前所处位置C到目的地D的距离，X
soc
为该车剩余的续航里程；(3)若能够支撑，则该辆车直接驶出高速公路；如无法支持抵达目的地，则需要判断其离开高速剩余电量是否到达警戒线，从而判断是否在高速公路换电站进行能量补给；其中，X
E
‑
C
为该车目前所处位置C到高速公路出口E的距离，其中高速公路出口E为目的地必经的出口；(4)若达到警戒线，则在高速公路换电站进行换点，影响换电站选择主要因素是电动汽车的电荷状态SOC以及途径充电站的排队等待时间T
w
；(5)完成充换电站的选择后，抵达换电站，排队等待，进行换电；(6)完成换电后，驶出高速公路，该辆车完成仿真，进行下一辆。4.根据权利要求1所述的考虑碳排放的高速公路换电站优化配置方法，其特征在于，步骤S3包括：
建设过程碳排放E
C1
为：E
C1
＝E
M

【专利技术属性】
技术研发人员：徐怡悦，晏阳，钱康，王欣怡，乐小龙，贾振宏，周元强，朱东升，王佐君，耿路，彭宇菲，李晓琪，田济源，王旗，王张帆，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：