一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法技术

一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法，本发明专利技术涉及电动公交线路车辆调度方法。本发明专利技术的目的是为了解决已有研究并未考虑公交线路各辆公交车电池SOH差异对车辆调度产生的影响，均假设各辆公交车电池SOH相等的问题。一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法具体过程为：步骤1.数据采集；步骤2.生成有向网络并定义优化变量；步骤3.估计车辆发车时刻电池剩余电量；步骤4.建立电动公交车辆调度优化模型；步骤5.求解电动公交车辆调度优化模型。本发明专利技术属于城市公共交通运营管理领域。运营管理领域。运营管理领域。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法


[0001]本专利技术属于城市公共交通运营管理领域，具体涉及电动公交线路车辆调度方法。

技术介绍

[0002]电动公交车辆具有零排放、运营成本低、乘坐舒适等优点。近年来我国各地公交企业均在大力推进公交车辆的电动化进程。然而受资金的制约或者燃油公交车尚未达到报废年限等因素影响，公交企业经常分批购置电动公交车来替换线路上已有的燃油公交车。随着运营里程的增加，电动公交车的电池容量会发生衰退，这就导致当线路上公交车辆全部电动化之后，各辆公交车的电池健康状态(State of health，SOH)存在差异。
[0003]电池健康状态的差异会给公交线路的车辆调度带来较大挑战。一方面，不同公交车的电池续驶里程不同，SOH较低的公交车需要在运营时间内多次充电才能满足其运营需求，否则将出现电量不足导致的服务中断。另一方面，各辆公交车SOH、每日运营里程、充电方案存在较大差异，尤其在同步考虑分时电价政策下，电动公交线路的车辆调度问题是一种大规模组合优化问题，即优化变量多、模型约束复杂，求解难度极高。
[0004]然而已有研究并未考虑公交线路各辆公交车电池SOH差异对车辆调度产生的影响，均假设各辆公交车电池SOH相等。因此，如何考虑电池健康状态的差异，建立科学的电动公交线路车辆调度方法是当前亟待解决的现实问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决已有研究并未考虑公交线路各辆公交车电池SOH差异对车辆调度产生的影响，均假设各辆公交车电池SOH相等的问题，而提出一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法。
[0006]一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法具体过程为：
[0007]步骤1.数据采集；具体过程为：
[0008]步骤1.1.将由始发站行驶至终点站并在途中接送旅客完成运营任务这一过程定义为一个班次，依据发车时刻表确定线路当天所有班次的集合I＝{i|i＝1，2，
…
,I}，I为上下行班次的总数；
[0009]步骤1.2令k表示电动公交车的编号，k＝1,2,
…
,K，K为该线路配置的电动公交车数量，τ
k
(0≤τ
k
≤1)表示车辆k的电池健康状态；电池荷电状态的安全区间记为[λ2,λ1]，0≤λ2＜λ1≤1；
[0010]步骤1.3.根据历史运行数据以及发车时刻表确定该线路当日班次i(i∈I)的发车时刻T
istart
、到站时刻T
iend
、行程时间t
i
、始发站终点站能耗w
i
；
[0011]所述行程时间t
i
单位为min，能耗w
i
单位为kWh；
[0012]步骤1.4.按照城市阶梯电价对线路每日的运营时间进行时段划分，使用符号q(q＝1，2，
…
，Q)表示划分得到的各时段，时段q对应的电价记为c
q
；
[0013]其中Q表示划分后的时段总数；
[0014]所述电价c
q
单位为元/kWh；
[0015]步骤2.生成有向网络并定义优化变量；
[0016]步骤3.估计车辆发车时刻电池剩余电量；
[0017]步骤4.建立电动公交车辆调度优化模型；
[0018]步骤5.求解电动公交车辆调度优化模型。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术以城市电动公交线路为研究对象，考虑各辆公交车电池SOH的差异，建立一种新的公交车辆调度模型与求解算法。本专利技术所提出的求解算法能够在短时间内获得高质量的车辆调度方案，具有较高的求解效率；所生成的车辆调度方案综合考虑了车辆电池SOH差异和分时电价的影响，能够保证电动公交车每日运营所需的电量需求，并优先于电价较低的时段进行充电，降低企业的电费支出。
附图说明
[0021]图1为本专利技术流程图。
[0022]图2为本专利技术有向网络模型示意图。
具体实施方式
[0023]具体实施方式一：本实施方式一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法具体过程为：
[0024]步骤1.数据采集；具体过程为：
[0025]步骤1.1.将由始发站行驶至终点站并在途中接送旅客完成运营任务这一过程定义为一个班次，依据发车时刻表确定线路当天所有班次的集合I＝{i|i＝1，2，
…
,I}，I为上下行班次的总数；
[0026]步骤1.2令k表示电动公交车的编号，k＝1,2,
…
,K，K为该线路配置的电动公交车数量，τ
k
(0≤τ
k
≤1)表示车辆k的电池健康状态；电池荷电状态的安全区间记为[λ2,λ1]，0≤λ2＜λ1≤1；
[0027]步骤1.3.根据历史运行数据以及发车时刻表确定该线路当日班次i(i∈I)的发车时刻T
istart
、到站时刻T
iend
、行程时间t
i
(到站时刻T
iend
减去发车时刻T
istart
)、始发站终点站能耗w
i
；
[0028]所述行程时间t
i
单位为min，能耗w
i
单位为kWh；
[0029]步骤1.4.按照城市阶梯电价对线路每日的运营时间进行时段划分，使用符号q(q＝1，2，
…
，Q)表示划分得到的各时段，时段q对应的电价记为c
q
；
[0030]其中Q表示划分后的时段总数；
[0031]所述电价c
q
单位为元/kWh；
[0032]步骤2.生成有向网络并定义优化变量；
[0033]步骤3.估计车辆发车时刻电池剩余电量；
[0034]步骤4.建立电动公交车辆调度优化模型；
[0035]步骤5.求解电动公交车辆调度优化模型。
[0036]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤2中生成有向网络并定义优化变量；具体过程为：
[0037]步骤2.1.定义有向网络G＝{V，A}；
[0038]其中V为节点集合，A为有向弧集合；
[0039]其中有向网络中节点集合V＝I∪{o,d}；
[0040]其中节点o代表车辆从场站发出，节点d代表车辆返回场站；
[0041]定义集合I
o
＝{o}∪I以及集合I
d
＝{d}∪I；
[0042]步骤2.2.有向弧集合A根据连接方法分为两个集合A1和A2，定义0
‑
1变量x
kij
、y
kij
，i∈I
o
,j∈I
d
；
[0043本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤1.数据采集；具体过程为：步骤1.1.将由始发站行驶至终点站并在途中接送旅客完成运营任务这一过程定义为一个班次，依据发车时刻表确定线路当天所有班次的集合I＝{i|i＝1，2，
…
,I}，I为上下行班次的总数；步骤1.2令k表示电动公交车的编号，k＝1,2,
…
,K，K为该线路配置的电动公交车数量，τ
k
(0≤τ
k
≤1)表示车辆k的电池健康状态；电池荷电状态的安全区间记为[λ2,λ1]，0≤λ2＜λ1≤1；步骤1.3.根据历史运行数据以及发车时刻表确定该线路当日班次i(i∈I)的发车时刻T
istart
、到站时刻T
iend
、行程时间t
i
、始发站终点站能耗w
i
；所述行程时间t
i
单位为min，能耗w
i
单位为kWh；步骤1.4.按照城市阶梯电价对线路每日的运营时间进行时段划分，使用符号q(q＝1，2，
…
，Q)表示划分得到的各时段，时段q对应的电价记为c
q
；其中Q表示划分后的时段总数；所述电价c
q
单位为元/kWh；步骤2.生成有向网络并定义优化变量；步骤3.估计车辆发车时刻电池剩余电量；步骤4.建立电动公交车辆调度优化模型；步骤5.求解电动公交车辆调度优化模型。2.根据权利要求1所述的一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法，其特征在于：所述步骤2中生成有向网络并定义优化变量；具体过程为：步骤2.1.定义有向网络G＝{V，A}；其中V为节点集合，A为有向弧集合；其中有向网络中节点集合V＝I∪{o,d}；其中节点o代表车辆从场站发出，节点d代表车辆返回场站；定义集合I
o
＝{o}∪I以及集合I
d
＝{d}∪I；步骤2.2.有向弧集合A根据连接方法分为两个集合A1和A2，定义0
‑
1变量x
kij
、y
kij
，i∈I
o
,j∈I
d
；如果车辆k连续运营班次i、j且中途不需要充电，则x
kij
＝1且有向弧(k,i,j)∈A1，否则x
kij
＝0；如果车辆k连续运营班次i、j且中途需要充电，则y
kij
＝1且有向弧(k,i,j)∈A2，否则y
kij
＝0；对应充电事件于时段q的充电时间为单位为min。3.根据权利要求2所述的一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法，其特征在于：所述步骤3中估计车辆发车时刻电池剩余电量；具体过程为：步骤3.1.当x
kij
＝1时，电动公交车k在班次j发车时刻的电池剩余电量W
kj
的估计方法如式(1)所示：
式中，W
ki
为电动公交车k在班次i发车时刻的电池剩余电量，单位为kWh；w
ki
为电动公交车k在班次i上的耗电量，单位为kWh；为公交车由班次i终点站空驶至班次j始发站所需的耗电量，单位为kWh；为班次i终点站，为班次j始发站；步骤3.2.当y
kij
＝1时，电动公交车k在班次j发车时刻的电池剩余电量W
kj
的估计方法如式(2)所示：其中电动公交车k在班次i与班次j间的充电量与电动公交车k在班次i与班次j之间充电时间之间关系如式(3)所示：之间关系如式(3)所示：式中，为公交车由班次i终点站运行至充电场站所需的耗电量，kWh，v为充电场站；为公交车由充电场站运行至班次j始发站所需的耗电量，kWh；P为充电功率，单位为kW；充电量单位为kWh；充电时间单位为min。4.根据权利要求3所述的一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法，其特征在于：所述步骤4中建立电动公交车辆调度优化模型；具体过程为：步骤4.1.构建目标函数；以线路总运营成本Z最小为优化目标建立车辆调度模型，如式(4)所示；线路总运营成本由日间充电成本Z1、夜间充电成本Z2以及车辆使用成本Z3三部分组成；min Z＝Z1+Z2+Z
3 (4)(4)(4)式中：c
night
为电网夜间谷时电价，单位为元/kWh；为电动公交车k的电池额定容量，单位为kWh；W
k
(d)为电动公交车k结束全天运营任务时电池剩余电量，单位为kWh；c
k
为电动公交车k的购买成本，单位为元；T为电动公交车使用年限，单位为年；x
k0j
为0
‑
1变量，y
k0j
为0
‑
1变量；步骤4.2.设置约束条件；约束(8)～(11)保证所有班次都被执行且只被执行一次；约束(12)、(13)保证两种有向弧时间上的可行性；
约束(14)、(15)保证车辆充电前后的电量处于安全范围内；约束(16)～(18)对车辆的充电时长做出限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；约束(19)、(20)为优化变量的取值限制；式中：为缓冲时间，min；W
b
为电池额定容量，kWh；为单次最小充电时长，min；x
kid
、x
kji
、y
kji
为0
‑
1变量，为公交车从班次i终点站空驶至班次j始发站所需的时间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：别一鸣，朱奥泽，从远，张国庆，刘亚君，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：