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申请/专利权人：广东工业大学

摘要：本发明公开了一种电动公交车充换电站的选址和设备容量的优化方法，包括：获取电动公交车的运营数据，根据运营数据获得充换电站的选址位置变量；建立电动公交车行驶模型，计算选址位置变量对应的换电池机、充电器、备用电池的数量和全生命周期总成本函数；将全生命周期总成本函数作为目标函数，设置约束条件，形成全生命周期成本优化模型；利用遗传算法根据全生命周期成本优化模型对选址位置变量进行优化，获得最优选址位置，对应的换电池机、充电器和备用电池的数量作为设备容量的最优值。本发明在保证电动公交车正常运行的前提下，对充换电站选址和设备容量进行优化，使充换电站达到最大利用率和最低成本，避免设施闲置，浪费资源的情况发生。

主权项：1.一种电动公交车充换电站的选址和设备容量的优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1：获取电动公交车的运营数据，根据运营数据获得充换电站的选址位置变量；S2：建立电动公交车行驶模型，输入电动公交车的运营数据和充换电站的选址位置变量，计算充换电站的选址位置变量对应的设备容量，即换电池机、充电器和备用电池的数量，包括：S21：建立电动公交车行驶模型，将运营数据和充换电站的选址位置变量共同输入电动公交车行驶模型，模拟电动公交车运行，获得充换电站的使用数据；具体的：S2101：设定电动公交线路j上首站夜间停靠的电动公交车数量binnj,w,first、末站夜间停靠的电动公交车数量binnj,w,last和电池初始电量bp；其中j表示电动公交线路编号，表示w公交站点的编号，first表示首站，last表示末站；S2102：判断电动公交线路j上首站是否设置充换电站；若设有充换电站，则执行S2103，否则执行S2104；S2103：计算电动公交线路j上首站所有夜间停靠的电动公交车的电池初始电量的缺失之和，记为bvtj,w,first；将电动公交线路j上首站所有夜间停靠的电动公交车的充电至满电，即电池容量bbc；S2104：判断电动公交线路j上末站是否设置充换电站；若设有充换电站，则执行S2105，否则执行S2106；S2105：计算电动公交线路j上末站所有夜间停靠的电动公交车的电池电量的缺失之和，记为bvtj,w,last；将电动公交线路j上末站所有夜间停靠的电动公交车的充电至满电，即电池容量bbc；S2106：建立电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末和Bustimetablei,j末→首；其中，Bustimetablei,j首→末表示第i天电动公交线路j从首站发往末站的电动公交车运行情况，Bustimetablei,j末→首表示第i天电动公交线路j的从末站发往首站的电动公交车运行情况；S2107：将电动公交线路j一天内发车班次数记为blsnj，确定第k班次电动公交车从首站发往末站的运行数据，将首站发往末站的运行数据记录在电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末中；所述运行数据包括电动公交车编号、发车时刻、发车时电池电量、更换电池操作标记、更换电池位置标记、更换下的电池的剩余电量、更换电池操作开始时刻、到达末站时刻、到达末站时电池的电量和再出发标记；S2108：根据电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末，确定第k班次电动公交车从末站发往首站的基础运行数据，并记录在电动公交车运行表Bustimetablei,j末→首中，具体的：S210801：在电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末中查找首站发往末站的运行数据是否存在满足到达末站时刻不晚于第k班次从末站发车时刻，且未从末站发车的电动公交车；若存在，执行S210802；否则，执行S210803；S210802：选定满足到达末站时刻不晚于第k班次从末站发车时刻，且未从末站发车的电动公交车中到达时刻最早的电动公交车，作为第k班次末站发车的电动公交车；将该电动公交车在电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末中的再出发标记设置为1后，执行S210804；S210803：选定末站夜间停靠的任意电动公交车作为第k班次末站发车的电动公交车，执行S210804；S210804：将选定为第k班次末站发车的电动公交车的电动公交车编号和发车时电池电量作为第k班次电动公交车从末站发往首站的基础运行数据；S2109：根据电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末和Bustimetablei,j末→首，模拟第i天电动公交线路j的第k班次的电动公交车行驶过程，获得第k班次电动公交车从末站发往首站的详细运行数据，并记录在电动公交车运行表Bustimetablei,j末→首中，具体的：S210901：根据第k班次的发车时间，在公交车运行表Bustimetablei,j末→首中查找第k班次末站发车的电动公交车的编号和发车时电池电量；S210902：计算第k班次末站发车的电动公交车在相邻两个公交站点间的行驶速度：bvj,t,u→u+1＝dj,u→u+1÷ctj,tk,u→u+1其中，bvj,t,u→u+1表示在电动公交线路j时间段t中电动公交车从公交站点u到公交站点u+1间的行驶速度，dj,u→u+1表示电动公交线路j中公交站点u到公交站点u+1间的距离，ctj,tk,u→u+1表示电动公交线路j时间段t中第k班次电动公交车从公交站点u到公交站点u+1间的行驶时间；时间段t由第k班次的发车时间决定，当第k班次的发车时间在t～t+1小时之间时，将该班次的行驶时间归类为时间段t内；S210903：计算第k班次末站发车的电动公交车从公交站点u到公交站点u+1的消耗电量：cbpj,u→u+1＝dj,u→u+1×fbvj,t,u→u+1其中，cbpj,u→u+1表示在电动公交线路j电动公交车从公交站点u到公交站点u+1的消耗电量，f*表示速度—能耗计算函数；S210904：计算第k班次末站发车的电动公交车到达公交站点u+1的电池电量：bpj,u+1＝bp-cbpj,u→u+1其中，bpj,u+1表示在电动公交线路j电动公交车到达公交站点u+1的电池电量，bp表示电池初始电量；S210905：将第k班次末站发车的电动公交车的总行驶时间记为bdt，并将bdt的初值设置为0，则：bdt＝bdt0+ctj,tk,u→u+1其中，bdt0表示电动公交车的总行驶时间的初值；S210906：判断公交站点u+1是否设置有充换电站；若有，则执行S210907；否则，执行S210910；S210907：判断电动公交车到达公交站点u+1的电池电量bpj,u+1是否小于lbpc×bbc，其中，lbpc表示低电量系数，bbc表示电池容量；若小于，则电动公交车在充换电站更换电池，即令bpj,u+1＝bbc，执行S210908；否则，执行S210910；S210908：计算更换电池的开始时刻：btsu+1＝bltk+bdt其中，btsu+1表示在公交站点u+1更换电池的开始时刻，bltk表示第k班次发车时刻；S210909：在第k班次末站发车的电动公交车的总行驶时间中增加一次换电池操作时间：bdt＝bdt0+ctj,tk,u→u+1+sct其中，sct表示换电池操作时间；S210910：更新公交站点，对第k班次电动公交线路j上的公交站点遍历，执行步骤S210901-S210909；其中，每更新一次公交站点，将上一次电动公交车的总行驶时间作为下一次计算电动公交车的总行驶时间的初值；S210911：计算第k班次末站发车的电动公交车到达终点站的到达时刻：atj,k＝bltk+bdt其中，atj,k表示第k班次末站发车的电动公交车到达终点站的到达时刻；S210912：将电动公交车进行更换电池操作时的公交站点编号、电池电量、更换电池开始时刻、更换电池操作标记、到达终点站的到达时刻和到达终点站四时电池电量作为第k班次电动公交车从末站发往首站的详细运行数据；S2110：模拟运行第i天中所有电动公交线路的所有班次的电动公交车，获得所有电动公交车运行表Bustimetablei,j首→末和Bustimetablei,j末→首，作为充换电站的使用数据；S22：根据充换电站的使用数据，计算所有充换电站的用电负荷数据，具体为：S2201：建立第i天中第w个充换电站的充电负荷记录表Electricityloadi,w，记录一天中不同时段充换电站的充电功率值，时段颗粒度为1分钟，维度为1440×1，1440代表一天内的1440分钟；设定充换电站内充电器的充电功率为P，且充电器是恒充电功率，电池从电动公交车上卸下立刻开始充电；S2202：判断第w个充换电站是否设置在相应电动公交线路的首站或末站；若是，则执行S2203；否则，执行S2207；S2203：根据电动公交线路j上首站夜间停靠的电动公交车数量binnj,w,first、末站夜间停靠的电动公交车数量binnj,w,last、首站所有夜间停靠的电动公交车的电池初始电量的缺失之和记bvtj,w,first、末站所有夜间停靠的电动公交车的电池电量的缺失之和bvtj,w,last，计算第i天电动公交线路j首站和末站夜间充电时间：bflctj,w,first＝bvtj,w,first÷P×binnj,w,firstbflctj,w,last＝bvtj,w,last÷P×binnj,w,last其中，bflctj,w,first表示第i天电动公交线路j首站夜间充电时间，bflctj,w,last表示第i天电动公交线路j末站夜间充电时间；S2204：根据第i天电动公交线路j首站和末站夜间充电时间，在充电负荷记录表Electricityloadi,w对应的位置记录夜间充电功率；S2205：在第i天中所有公交线路的电动公交车运行表Bustimetablei,j中，查找在第w个充换电站进行更换电池操作的班次，将更换电池操作总数记为blssn；S2206：设定r表示更换电池操作次数，r∈[0，blssn]；S2207：在第i天中所有公交线路的电动公交车运行表Bustimetablei,j中，查找第r次更换电池操作对应的更换电池开始时刻和到达该站的电池电量；S2208：计算第r次更换电池操作卸下电池的充满时间和充电完成时刻： fcbtr＝btsr+sct+pcbtr其中，pcbtr表示第r次更换电池操作卸下电池的充满时间；bpr表示第r次更换电池操作卸下电池的电量，确定第r次更换电池操作所处的公交线路j和公交站点u+1，bpr＝bpj,u+1；fcbtr表示第r次更换电池操作卸下电池充电完成时刻，btsr表示第r次更换电池操作开始时刻，确定第r次更换电池操作所处的公交线路j和公交站点u+1，btsr＝btsu+1；S2209：根据第r次更换电池操作卸下电池的充满时间和充电完成时刻，在充电负荷记录表Electricityloadi,w对应的位置记录该次更换电池操作的充电功率，充电负荷记录表Electricityloadi,w中记录的即是充换电站的用电负荷数据；S2210：更新更换电池操作次数r，对电池操作次数r进行遍历，执行步骤S2207-S2209，直到达到更换电池操作总数blssn；S2211：将充换电站总数设为ssn，更新充换电站w，对充换电站w进行遍历，执行步骤S2201-S2210，直到达到换电站总数ssn；S23：根据充换电站的用电负荷数据，计算充换电站的换电池机、充电器和备用电池的数量，具体为：S2301：构建更换电池第一记录表Swapnote1，在第i天中所有公交线路的电动公交车运行表Bustimetablei,j中，查找在第w个充换电站进行更换电池操作的记录，将每次更换电池操作对应的更换电池开始时刻和卸下电池的电量记录在Swapnote1中；其中，Swapnote1的行数由第i天第w个充换电站进行更换电池操作的次数确定，列数为3；Swapnote1的第1列记录的更换电池开始时刻，第2列记录卸下电池的电量，第3列的数值设置为0；S2302：按照更换电池开始时刻对Swapnote1中的记录内容进行升序排列；S2303：设定第i天第w个充换电站的理论备用电池数量为ebni,w′，则ebni,w′的数值与Swapnote1的行数相等，设定v表示Swapnote1的第v行，v∈[1，ebni,w′-1]；S2304：计算Swapnote1第v行对应的更换电池操作的卸下电池充电完成时刻： 其中，bcftv表示第v行对应的更换电池操作的卸下电池充电完成时刻；Swapnote1v,1表示Swapnote1第v行第1列的记录数据，即更换电池开始时刻；Swapnote1v,2表示Swapnote1第v行第2列的记录数据，即卸下电池的电量；S2305：在Swapnot1中查找第1列记录的更换电池开始时刻大于bcftv对应的更换电池操作，将其中最小的行数记为minrow1；若没有更换电池开始时刻大于bcftv对应的更换电池操作，则将minrow1设置为0；S2306：判断minrow1是否为0；若不是，则执行S2307；若是，则执行S2311；S2307：判断Swapnote1minrow1,3是否为0，Swapnote1minrow1,3表示Swapnote1中第minrow1行第3列记录的数据；若是，则执行S2308；若不是，则执行S2309；S2308：将Swapnote1minrow1,3设置为1，执行S2311；S2309：在剩余的更换电池开始时刻大于bcftv对应的更换电池操作中查找最小的行数，更新minrow1；S2310：判断更新后的minrow1是否大于ebni,z′，若大于，则执行S2311；否则，返回S2307，此时Swapnote1minrow1,3中的minrow1为更新后的minrow1；S2311：更新Swapnote1的行数v，对Swapnote1的行数v进行遍历，执行步骤S2304-S2310，直到行数v达到ebni,w′-1；S2312：计算第i天第w个充换电站的实际备用电池数量ebni,z：ebni,w＝ebni,w′-sumSwapnote1all,3其中，sum*表示求和操作，Swapnote1all,3表示Swapnote1第3列所有的数据；S2313：构建更换电池第二记录表Swapnote2，在第i天中所有公交线路的电动公交车运行表Bustimetablei,j中，查找在第w个充换电站进行更换电池操作的记录，将每次更换电池操作对应的更换电池开始时刻记录在Swapnote2中；其中，Swapnote2的行数由第i天第w个充换电站进行更换电池操作的次数确定，列数为2；Swapnote1的第1列记录的更换电池开始时刻，第2列的数值设置为0；S2314：按照更换电池开始时刻对Swapnote2中的记录内容进行升序排列；S2315：设定第i天第w个充换电站的理论换电池机数量为smni,w′，则smni,w′的数值与Swapnote2的行数相等，设定x表示Swapnote1的第x行，x∈[1，smni,w′-1]；S2316：计算Swapnote2第x行对应的更换电池操作的卸下电池充电完成时刻：bsftx＝Swapnote2x,1+sct其中，bsftx表示第x行对应的更换电池操作的卸下电池充电完成时刻；Swapnote2x,1表示Swapnote2第x行第1列的记录数据，即更换电池开始时刻；S2317：在Swapnot2中查找第1列记录的更换电池开始时刻大于bsftx对应的更换电池操作，将其中最小的行数记为minrow2；若没有更换电池操作的更换电池开始时刻大于bsftx对应的更换电池操作，则将minrow2设置为0；S2318：判断minrow2是否为0；若不是，则执行S2319；若是，则执行S2323；S2319：判断Swapnote2minrow2,2是否为0，Swapnote2minrow2,2表示Swapnote2中第minrow2行第2列记录的数据；若是，则执行S2320；若不是，则执行S2321；S2320：将Swapnote2minrow2,2设置为1，执行S2323；S2321：在剩余的更换电池开始时刻大于bsftx对应的更换电池操作中查找最小的行数，更新minrow2；S2322：判断更新后的minrow2是否大于smni,w′，若大于，则执行S2323；否则，返回S2319，此时Swapnote2minrow2,2中的minrow2为更新后的minrow2；S2323：更新Swapnote2的行数x，对Swapnote2的行数x进行遍历，执行步骤S2316-S2322，直到行数x达到smni,w′-1；S2324：计算第i天第w个充换电站的实际换电池机数量smni,w：smni,w＝smni,w′-sumSwapnote2all,2其中，sum*表示求和操作，Swapnote2all,2表示Swapnote2第2列所有的数据；S2325：更新模拟运行天数i，对模拟运行天数i进行遍历，执行步骤S2301-S2324，直到模拟运行天数i达到设置的最大值sdn；S2326：计算第w个充换电站备用电池数量： 其中，ebnw表示第w个充换电站备用电池数量；S2327：计算第w个充换电站换电池机数量： 其中，smnw表示第w个充换电站换电池机数量；S2328：计算第w个充换电站充电器数量：cpnw＝ebnw其中，cpnw表示第w个充换电站充电器数量；S3：根据充换电站的选址位置变量对应的换电池机、充电器和备用电池的数量，计算充换电站的选址位置变量的全生命周期总成本函数；S4：将全生命周期总成本函数作为目标函数，并设置约束条件，形成全生命周期成本优化模型；S5：利用遗传算法根据全生命周期成本优化模型对选址位置变量进行优化，获得充换电站的选址位置变量的最优解，作为充换电站的最优选址位置；S6：将充换电站的最优选址位置对应的换电池机、充电器和备用电池的数量作为设备容量的最优值。

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百度查询： 广东工业大学 一种电动公交车充换电站的选址和设备容量的优化方法