一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法，包括以下步骤：步骤1：获取电动公交运营数据；步骤2：构建最大流网络优化模型，得到车队中分配给每一车辆的车次集合和车次链；步骤3：建立电动公交柔性调度优化模型；根据线路日运营成本最小建立目标函数，构建约束条件；步骤4：建立电池调度优化模型；构建换电任务集合，根据最小化完成日换电任务的最小备用电池数目建立目标函数，构建约束条件；步骤5：求解电动公交柔性调度优化模型得到优化后的公交运行信息；根据优化后的公交运行信息，求解电池调度优化模型得到最小备用电池数目；本发明专利技术可定量分析发车灵活度与电动公交车辆调度成本之间的关系

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法


[0001]本专利技术涉及城市公共交通运营管理
，具体涉及一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法
。

技术介绍

[0002]电动公交车具有节能环保
、
噪音低
、
乘车环境舒适等优点
。
科学合理的电动公交车辆调度对于降低公交企业运营成本和提高乘客服务水平具有十分重要的意义
。
电动公交车的运营调度需要考虑车辆行驶里程约束和电池充电约束
。
传统的公交车辆调度优化模型难以直接应用于电动公交车辆的调度
。
因此，急需研究符合电动公交运营特征的新调度方法，为电动公交的可持续运营和良性发展提供理论与方法支撑
。
[0003]电动公交车的充电方式主要有传导式充电
(
俗称有线充电
)、
无线充电和更换电池三种方式
。
其中更换电池指的是将车辆的电池包整体替换为满电的电池包
。
更换电池作为一种电池电能补给方式，具有操作时间短，充电时间灵活
、
可通过削峰填谷降低用电成本缓解电网压力等优点
。
目前，关于电动公交车辆调度优化的研究多考虑传导式充电
、
无线充电，更换电池模式下的电动公交车辆调度优化研究还十分缺乏
。
目前针对电动公交车辆调度优化的研究多建立在车辆严格按照时刻表发车的假设之上，忽略了灵活发车时间对车辆调度和公交系统运营成本的影响
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法
。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取电动公交运营数据；
[0008]步骤2：构建最大流网络优化模型，得到车队中分配给每一车辆的车次集合和车次链；
[0009]步骤3：建立电动公交柔性调度优化模型；
[0010]根据线路日运营成本最小建立目标函数，构建约束条件；
[0011]约束条件包括：各个车次的发车顺序与原有时刻表保持一致；每一个车次最多只有一个紧前车次和一个紧后车次；两个车次接续行驶；只考虑车辆运行车次过程中执行的换电操作，车辆运行过程中的电池电量处于安全范围内；每个车次运行结束后车辆剩余电量在阈值范围内；
[0012]步骤4：建立电池调度优化模型；
[0013]构建换电任务集合，根据最小化完成日换电任务的最小备用电池数目建立目标函数，构建约束条件；
[0014]约束条件包括：每一换电任务最多只有一个紧前换电任务与一个紧后换电任务；
两个换电由同一块电池连续执行；
[0015]步骤5：求解电动公交柔性调度优化模型得到优化后的公交运行信息；根据优化后的公交运行信息，求解电池调度优化模型得到最小备用电池数目
。
[0016]进一步的，调度优化方法之前首先进行以下假设：
[0017]假设公交线路配备的电动公交均采用更换电池的方式进行电能补给，电池更换操作只能在换电站进行，车辆始发站
、
终点站
、
换电站均给定；
[0018]假设电动公交车辆按照时刻表发车时间由始发站出发至终点站并完成途径站点旅客接送任务称为一个公交运营车次
。
[0019]进一步的，所述电动公交运营数据包括：车次发车时间发车时刻
、
车次到站时间
、
车次行程时间
、
车次运行耗能
。
[0020]进一步的，所述电动公交柔性调度优化模型的目标函数为：
[0021]minF(x,y,z)
＝
(|I|
‑
∑
i∈I
∑
j∈I
x
ij
)*C
BEB
+∑
i∈I
∑
j∈I
y
ij
*C
BS
+∑
i∈I
|z
i
|*C
D
[0022]式中：
F(x,y,z)
为线路日运营成本，
|I|
为总车次数，
i
，
j
均为车次序号，
x
ij
为变量表示车辆是否连续执行车次
i
，
j
，
y
ij
为变量表示车辆是否连续运营车次
i
，
j
且车辆完成车次任务
i
后是否需要进行换电操作；
C
BEB
为单位车辆日均使用成本，
C
Bs
为单位换电成本，
|z
i
|
为车次
i
发车时间偏移量绝对值，
C
D
为单位发车时间偏移量的惩罚成本
。
[0023]进一步的，所述电动公交柔性调度优化模型的约束条件如下：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041]式中：
d
i
为车次
i
的实际发车时间，为原有时刻表设定的车次
i
的发车时刻，
z
i
为整数变量，表示车次
i
实际发车时间相对于时刻表规定的发车时间的偏移量；
I
为车辆当天需完成的所有车次集合，
a
i
为车次
i
的实际到达时间，为原有时刻表设定的到站时刻，
d
j
为车次
j
的实际发车时间，
t
BS
为执行一次换电操作所需时间，
H
为正数，为车辆开始执行车次
i
的电池剩余电量，
q
i
为车次运行能耗，
Q
min
为保证电池安全使用条件下的最低电量取值，为车辆结束执行车次
i
的电池剩余电量，为车辆开始执行车次
j
的电池剩余电量，
Q
max
为保证电池安全使用条件下的最高电量取值，
u
ij
为辅助变量，
r
ij
为辅助变量，为发车时间偏移量的最小取值，为发车时间偏移量的最大取值
。
[0042]进一步的，所述电池调度优化模型中的目标函数如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取电动公交运营数据；步骤2：构建最大流网络优化模型，得到车队中分配给每一车辆的车次集合和车次链；步骤3：建立电动公交柔性调度优化模型；根据线路日运营成本最小建立目标函数，构建约束条件；约束条件包括：各个车次的发车顺序与原有时刻表保持一致；每一个车次最多只有一个紧前车次和一个紧后车次；两个车次接续行驶；只考虑车辆运行车次过程中执行的换电操作，车辆运行过程中的电池电量处于安全范围内；每个车次运行结束后车辆剩余电量在阈值范围内；步骤4：建立电池调度优化模型；构建换电任务集合，根据最小化完成日换电任务的最小备用电池数目建立目标函数，构建约束条件；约束条件包括：每一换电任务最多只有一个紧前换电任务与一个紧后换电任务；两个换电由同一块电池连续执行；步骤5：求解电动公交柔性调度优化模型得到优化后的公交运行信息；根据优化后的公交运行信息，求解电池调度优化模型得到最小备用电池数目
。2.
根据权利要求1所述的一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法，其特征在于，调度优化方法之前首先进行以下假设：假设公交线路配备的电动公交均采用更换电池的方式进行电能补给，电池更换操作只能在换电站进行，车辆始发站
、
终点站
、
换电站均给定；假设电动公交车辆按照时刻表发车时间由始发站出发至终点站并完成途径站点旅客接送任务称为一个公交运营车次
。3.
根据权利要求2所述的一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法，其特征在于，所述电动公交运营数据包括：车次发车时间
、
车次到站时间
、
车次行程时间
、
车次运行耗能
。4.
根据权利要求1所述的一种考虑电池更换与发车时间的电动公交车调度优化方法，其特征在于，所述电动公交柔性调度优化模型的目标函数为：
minF(x,y,z)
＝
(|I|
‑
∑
i∈I
∑
j∈I
x
ij
)*C
BEB
+∑
i∈I
∑
j∈I
y
ij
*C
BS
+∑
i∈I
|z
i
|*C
D
式中：
F(x,y,z)
为线路日运营成本，
|I|
为总车次数，
i
，
j
均为车次序号，
x
ij
为变量表示车辆是否连续执行车次
i
，
j
；
y
ij
为变量表示车辆是否连续运营车次
i
，
j
且车辆完成车次任务
i
后是否需要进行换电操作；
C
BEB
为单位车辆日均使用成本，
C
Bs
为单位换电成本，
|z
i
|
为车次
i
发车时间偏移量绝对值，
C
D
为单位发...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，郭雨言，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：