專利申請類型:發(fā)明專利;
地區(qū):吉林-長春；
源自:長春高價(jià)值專利檢索信息庫;

專利名稱：一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法

專利類型：發(fā)明專利

專利申請?zhí)枺篊N202211627391.0

專利申請（專利權(quán)）人：吉林大學(xué)
權(quán)利人地址：吉林省長春市南關(guān)區(qū)人民大街5988號

專利發(fā)明（設(shè)計(jì)）人：別一鳴,朱奧澤,從遠(yuǎn),張國慶,劉亞君

專利摘要：一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法，本發(fā)明涉及電動公交線路車輛調(diào)度方法。本發(fā)明的目的是為了解決已有研究并未考慮公交線路各輛公交車電池SOH差異對車輛調(diào)度產(chǎn)生的影響，均假設(shè)各輛公交車電池SOH相等的。一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法具體過程為：步驟1.數(shù)據(jù)采集；步驟2.生成有向網(wǎng)絡(luò)并定義優(yōu)化變量；步驟3.估計(jì)車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量；步驟4.建立電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；步驟5.求解電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型。本發(fā)明屬于城市公共交通運(yùn)營管理領(lǐng)域。

主權(quán)利要求：
1.一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法，其特征在于：所述方法具體過程為：步驟1.數(shù)據(jù)采集；具體過程為：
步驟1.1.將由始發(fā)站行駛至終點(diǎn)站并在途中接送旅客完成運(yùn)營任務(wù)這一過程定義為一個(gè)班次，依據(jù)發(fā)車時(shí)刻表確定線路當(dāng)天所有班次的集合I＝{i|i＝1，2，…,I}，I為上下行班次的總數(shù)；
步驟1.2令k表示電動公交車的編號，k＝1,2,…,K，K為該線路配置的電動公交車數(shù)量，τk表示車輛k的電池健康狀態(tài)0≤τk≤1；電池荷電狀態(tài)的安全區(qū)間記為[λ2,λ1]，0≤λ2＜λ1≤
1；
start
步驟1.3.根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及發(fā)車時(shí)刻表確定該線路當(dāng)日班次i的發(fā)車時(shí)刻Ti 、end到站時(shí)刻Ti 、行程時(shí)間ti、始發(fā)站 終點(diǎn)站 能耗wi；
所述行程時(shí)間ti單位為min，能耗wi單位為kWh；i(i∈I)；
步驟1.4.按照城市階梯電價(jià)對線路每日的運(yùn)營時(shí)間進(jìn)行時(shí)段劃分，使用符號q(q＝1，
2，…，Q)表示劃分得到的各時(shí)段，時(shí)段q對應(yīng)的電價(jià)記為cq；
其中Q表示劃分后的時(shí)段總數(shù)；
所述電價(jià)cq單位為元/kWh；
步驟2.生成有向網(wǎng)絡(luò)并定義優(yōu)化變量；
步驟3.估計(jì)車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量；
步驟4.建立電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；
步驟5.求解電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；
所述步驟2中生成有向網(wǎng)絡(luò)并定義優(yōu)化變量；具體過程為：步驟2.1.定義有向網(wǎng)絡(luò)G＝{V，A}；
其中V為節(jié)點(diǎn)集合，A為有向弧集合；
其中有向網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)集合V＝I∪{o,d}；
其中節(jié)點(diǎn)o代表發(fā)車場站，節(jié)點(diǎn)d代表收車場站；
定義集合Io＝{o}∪I以及集合Id＝4nn455k∪I；
步驟2.2.有向弧集合A根據(jù)連接方法分為兩個(gè)集合A1和A2，定義0?1變量xkij、ykij，i∈Io,j∈Id；
如果車輛k連續(xù)運(yùn)營班次i、j且中途不需要充電，則xkij＝1且有向弧(k,i,j)∈A1，否則xkij＝0；
如果車輛k連續(xù)運(yùn)營班次i、j且中途需要充電，則ykij＝1且有向弧(k,i,j)∈A2，否則ykij＝0；對應(yīng)充電事件于時(shí)段q的充電時(shí)間為 單位為min；
所述步驟3中估計(jì)車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量；具體過程為：步驟3.1.當(dāng)xkij＝1時(shí)，電動公交車k在班次j發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量Wkj的估計(jì)方法如式(1)所示：式中，Wki為電動公交車k在班次i發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量，單位為kWh；wki為電動公交車k在班次i上的耗電量，單位為kWh； 為公交車由班次i終點(diǎn)站空駛至班次j始發(fā)站所需的耗電量，單位為kWh； 為班次i終點(diǎn)站， 為班次j始發(fā)站；
步驟3.2.當(dāng)ykij＝1時(shí)，電動公交車k在班次j發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量Wkj的估計(jì)方法如式(2)所示：其中電動公交車k在班次i與班次j間的充電量 與電動公交車k在班次i與班次j之間充電時(shí)間 之間關(guān)系如式(3)所示：式中， 為公交車由班次i終點(diǎn)站運(yùn)行至充電場站所需的耗電量，單位為kWh，v為充電場站； 為公交車由充電場站運(yùn)行至班次j始發(fā)站所需的耗電量，單位為kWh；P為充電功率，單位為kW；充電量 單位為kWh；充電時(shí)間 單位為min；
所述步驟4中建立電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；具體過程為：步驟4.1.構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；
以線路總運(yùn)營成本Z最小為優(yōu)化目標(biāo)建立車輛調(diào)度模型，如式(4)所示；
線路總運(yùn)營成本由日間充電成本Z1、夜間充電成本Z2以及車輛使用成本Z3三部分組成；
minZ＝Z1+Z2+Z3(4)式中：cnight為電網(wǎng)夜間谷時(shí)電價(jià)，單位為元/kWh； 為電動公交車k的電池額定容量，單位為kWh；Wk(d)為電動公交車k結(jié)束全天運(yùn)營任務(wù)時(shí)電池剩余電量，單位為kWh；ck為電動公交車k的購買成本，單位為元；T為電動公交車使用年限，單位為年；xk0j為0?1變量，yk0j為0?1變量；
步驟4.2.設(shè)置約束條件；
約束式(8)～(11)保證所有班次都被執(zhí)行且只被執(zhí)行一次；
約束式(12)、(13)保證兩種有向弧時(shí)間上的可行性；
約束式(14)、(15)保證車輛充電前后的電量處于安全范圍內(nèi)；
約束式(16)～(18)對車輛的充電時(shí)長做出限制；
約束式(19)、(20)為優(yōu)化變量的取值限制；
b
式中： 為緩沖時(shí)間，單位為min；W為電池額定容量，單位為kWh； 為單次最小充電時(shí)長，單位為min；xkid、xkji、ykji為0?1變量， 為公交車從班次i終點(diǎn)站空駛至班次j始發(fā)站 所需的時(shí)間，單位為min； 為公交車從班次i終點(diǎn)站空駛至充電場站v所需的時(shí)間，單位為min； 為公交車從充電場站v空駛至start
班次j始發(fā)站 所需的時(shí)間，單位為min； 為班次j發(fā)車時(shí)刻，wj為班次j能耗，Ti為班次i發(fā)車時(shí)刻，wi為班次i能耗， 為電動公交車k在班次j發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量， 為公交車由班次j終點(diǎn)站 返回場站所需的耗電量，d為車輛返回場start
站，Wk(Ti )為電動公交車k在班次i發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量， 為公交車由班次i終點(diǎn)站 返回場站所需的耗電量， 為公交車從班次i終點(diǎn)站 返回場站所需的時(shí)間，單位為min， 為自然數(shù)集合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法，其特征在于：所述步驟5中求解電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；具體過程為：步驟5.1.輸入?yún)?shù)：最大迭代次數(shù)μ、退火溫度t、篩選比例ζ，迭代次數(shù)δ＝0；
步驟5.2.生成初始種群；具體過程為：
步驟5.21.將當(dāng)日所有班次隨機(jī)分配給車輛，分配時(shí)要滿足節(jié)點(diǎn)服務(wù)約束式(8)～式(11)與時(shí)間可行性約束式(12)，組成車輛排班方案；
步驟5.22.基于車輛排班方案建立充電計(jì)劃模型并求解，如果存在可行解，則將可行解加入到初始種群當(dāng)中；如果無解，則拋棄該車輛排班方案并重新執(zhí)行步驟5.21，直至初始種群中的可行解數(shù)量達(dá)到設(shè)定的初始種群規(guī)模POPsize，進(jìn)入步驟5.3；
所述基于車輛排班方案建立充電計(jì)劃模型過程為步驟5.5；
步驟5.3.判斷是否存在δ≤μ，如果存在則進(jìn)入步驟5.4；否則，進(jìn)入步驟5.8；
步驟5.4.擾動可行解；具體過程為：
步驟5.4.1.令計(jì)數(shù)參數(shù)θ＝1；
步驟5.4.2.選擇種群內(nèi)第θ個(gè)可行解作為擾動目標(biāo)ω；
步驟5.4.3.計(jì)算擾動目標(biāo)ω中電動公交車k負(fù)責(zé)的所有班次的總能耗與該車輛剩余最b大電池容量τkW之間的比值，記為 并將車輛按照 從小到大的順序排序形成集合Φ；依照參數(shù)ζ，選取集合Φ中前后各ζ/2部分的車輛形成集合Μ，記此時(shí)集合M中車輛負(fù)責(zé)的所有班次為集合T；
步驟5.4.4.隨機(jī)在[0,1]區(qū)間內(nèi)選取一個(gè)數(shù)，記為r，判斷是否存在r＜γ，如果存在，則從集合M中隨機(jī)刪除一輛公交車；否則，不進(jìn)行任何操作；
其中γ是一個(gè)與迭代次數(shù)有關(guān)的參數(shù)，取值與迭代次數(shù)有關(guān)如式(21)所示：δ
γ＝0.95(21)步驟5.4.5.將集合T中的班次重新隨機(jī)分配給集合M中的車輛，需要注意重新分配的過程依舊需要滿足節(jié)點(diǎn)服務(wù)約束式(8)～式(11)與時(shí)間可行性約束式(12)，將擾動生成的新解記為ω′；
步驟5.4.6.根據(jù)ω′中的排班方案建立充電計(jì)劃模型并求解，判斷是否有解，如果有解則轉(zhuǎn)到步驟5.6，否則轉(zhuǎn)到步驟5.4.7；
所述根據(jù)ω′中的排班方案建立充電計(jì)劃模型過程為步驟5.5；
步驟5.4.7.判斷θ＝POPsize是否成立，如果成立則轉(zhuǎn)到步驟5.7；否則，令θ＝θ+1并返回步驟5.4.2；
步驟5.5.根據(jù)排班方案生成充電計(jì)劃；具體過程為：每個(gè)排班方案中含有K條車次鏈，為每條車次鏈創(chuàng)建一個(gè)集合αk，k＝1,2,…,K其中包含車輛需要負(fù)責(zé)的 個(gè)班次，每個(gè)班次用z表示，z∈αk，z+1為電動公交車執(zhí)行完班次z后執(zhí)行的下一個(gè)班次，Lk表示電動公交車k執(zhí)行的最后一個(gè)班次；令0?1變量βkz表示電動公交車k執(zhí)行班次z結(jié)束后是否充電，如果充電則βkz＝1，對應(yīng)的時(shí)段q內(nèi)充電時(shí)長為 否則，βkz＝0；
步驟5.5.1.車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量估計(jì)變?yōu)槭?22)；
式中：Wk(z)為公交車k在班次z發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量，單位為kWh；wkz是公交車k在班次z的耗電量，單位為kWh； 為車輛由班次z終點(diǎn)站運(yùn)行至充電場站所需的耗電量，單位為kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到； 為公交車由充電場站運(yùn)行至班次z+
1始發(fā)站所需的耗電量，單位為kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到； 為公交車由班次z終點(diǎn)站空駛至班次z+1始發(fā)站所需的耗電量，單位為kWh；
步驟5.5.2.建立充電調(diào)度模型；
以白天充電費(fèi)用和夜間充電費(fèi)用總和最小為優(yōu)化目標(biāo)建立模型，如式(23)所示；
約束式(24)保證充電前后兩個(gè)班次的時(shí)間可行性；
約束式(25)、(26)保證車輛電池剩余電量處于安全范圍內(nèi)；
約束式(27)、(28)保證電動公交車充電時(shí)長滿足限制；
約束式(29)、(30)為優(yōu)化變量的取值限制；
式中： 為班次z+1發(fā)車時(shí)刻， 為班次z到站時(shí)刻，tz為班次z行程時(shí)間，為公交車從班次z終點(diǎn)站 空駛至充電站所需的時(shí)間，單位為min，為公交車從充電站空駛至班次z+1始發(fā)站 所需的時(shí)間，單位為min，wz為能耗；
步驟5.6.根據(jù)Metropolos準(zhǔn)則篩選可行解；
步驟5.6.1.根據(jù)式(7)計(jì)算車輛使用成本Z3，并參照式(4)計(jì)算可行解總成本；
步驟5.6.2.計(jì)算擾動產(chǎn)生的成本變化ΔZ＝Z′?Z，其中Z′為擾動后生成可行解ω′的總成本，Z為擾動前可行解ω的總成本；
步驟5.6.3.判斷ΔZ＜0是否成立，如果成立，則在種群中保留ω′剔除ω，進(jìn)入步驟
5.7；否則，轉(zhuǎn)到步驟5.6.4；
步驟5.6.4.根據(jù)式(31)計(jì)算擾動后的采納概率κ；隨機(jī)在[0,1]區(qū)間內(nèi)選取一個(gè)數(shù)，記為R；判斷R＜κ，如果成立，則在種群中保留ω′剔除ω；否則，放棄ω′在種群中繼續(xù)保留ω；
步驟5.7.令δ＝δ+1，轉(zhuǎn)到步驟5.3；
步驟5.8.輸出種群中成本最小解對應(yīng)的車輛調(diào)度方案與充電計(jì)劃。 說明書 : 一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于城市公共交通運(yùn)營管理領(lǐng)域，具體涉及電動公交線路車輛調(diào)度方法。背景技術(shù)[0002] 電動公交車輛具有零排放、運(yùn)營成本低、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)。近年來我國各地公交企業(yè)均在大力推進(jìn)公交車輛的電動化進(jìn)程。然而受資金的制約或者燃油公交車尚未達(dá)到報(bào)廢年限等因素影響，公交企業(yè)經(jīng)常分批購置電動公交車來替換線路上已有的燃油公交車。隨著運(yùn)營里程的增加，電動公交車的電池容量會發(fā)生衰退，這就導(dǎo)致當(dāng)線路上公交車輛全部電動化之后，各輛公交車的電池健康狀態(tài)(Stateofhealth，SOH)存在差異。[0003] 電池健康狀態(tài)的差異會給公交線路的車輛調(diào)度帶來較大挑戰(zhàn)。一方面，不同公交車的電池續(xù)駛里程不同，SOH較低的公交車需要在運(yùn)營時(shí)間內(nèi)多次充電才能滿足其運(yùn)營需求，否則將出現(xiàn)電量不足導(dǎo)致的服務(wù)中斷。另一方面，各輛公交車SOH、每日運(yùn)營里程、充電方案存在較大差異，尤其在同步考慮分時(shí)電價(jià)政策下，電動公交線路的車輛調(diào)度問題是一種大規(guī)模組合優(yōu)化問題，即優(yōu)化變量多、模型約束復(fù)雜，求解難度極高。[0004] 然而已有研究并未考慮公交線路各輛公交車電池SOH差異對車輛調(diào)度產(chǎn)生的影響，均假設(shè)各輛公交車電池SOH相等。因此，如何考慮電池健康狀態(tài)的差異，建立科學(xué)的電動公交線路車輛調(diào)度方法是當(dāng)前亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決已有研究并未考慮公交線路各輛公交車電池SOH差異對車輛調(diào)度產(chǎn)生的影響，均假設(shè)各輛公交車電池SOH相等的問題，而提出一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法。[0006] 一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法具體過程為：[0007] 步驟1.數(shù)據(jù)采集；具體過程為：[0008] 步驟1.1.將由始發(fā)站行駛至終點(diǎn)站并在途中接送旅客完成運(yùn)營任務(wù)這一過程定義為一個(gè)班次，依據(jù)發(fā)車時(shí)刻表確定線路當(dāng)天所有班次的集合I＝{i|i＝1，2，…,I}，I為上下行班次的總數(shù)；[0009] 步驟1.2令k表示電動公交車的編號，k＝1,2,…,K，K為該線路配置的電動公交車數(shù)量，τk(0≤τk≤1)表示車輛k的電池健康狀態(tài)；電池荷電狀態(tài)的安全區(qū)間記為[λ2,λ1]，0≤λ2＜λ1≤1；[0010] 步驟1.3.根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及發(fā)車時(shí)刻表確定該線路當(dāng)日班次i(i∈I)的發(fā)車start end時(shí)刻Ti 、到站時(shí)刻Ti 、行程時(shí)間ti、始發(fā)站 終點(diǎn)站 能耗wi；[0011] 所述行程時(shí)間ti單位為min，能耗wi單位為kWh；[0012] 步驟1.4.按照城市階梯電價(jià)對線路每日的運(yùn)營時(shí)間進(jìn)行時(shí)段劃分，使用符號q(q＝1，2，…，Q)表示劃分得到的各時(shí)段，時(shí)段q對應(yīng)的電價(jià)記為cq；[0013] 其中Q表示劃分后的時(shí)段總數(shù)；[0014] 所述電價(jià)cq單位為元/kWh；[0015] 步驟2.生成有向網(wǎng)絡(luò)并定義優(yōu)化變量；[0016] 步驟3.估計(jì)車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量；[0017] 步驟4.建立電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；[0018] 步驟5.求解電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型。[0019] 本發(fā)明的有益效果為：[0020] 本發(fā)明以城市電動公交線路為研究對象，考慮各輛公交車電池SOH的差異，建立一種新的公交車輛調(diào)度模型與求解算法。本發(fā)明所提出的求解算法能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得高質(zhì)量的車輛調(diào)度方案，具有較高的求解效率；所生成的車輛調(diào)度方案綜合考慮了車輛電池SOH差異和分時(shí)電價(jià)的影響，能夠保證電動公交車每日運(yùn)營所需的電量需求，并優(yōu)先于電價(jià)較低的時(shí)段進(jìn)行充電，降低企業(yè)的電費(fèi)支出。附圖說明[0021] 圖1為本發(fā)明流程圖。[0022] 圖2為本發(fā)明有向網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。具體實(shí)施方式[0023] 具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式一種考慮電池健康狀態(tài)差異的電動公交線路車輛調(diào)度方法具體過程為：[0024] 步驟1.數(shù)據(jù)采集；具體過程為：[0025] 步驟1.1.將由始發(fā)站行駛至終點(diǎn)站并在途中接送旅客完成運(yùn)營任務(wù)這一過程定義為一個(gè)班次，依據(jù)發(fā)車時(shí)刻表確定線路當(dāng)天所有班次的集合I＝{i|i＝1，2，…,I}，I為上下行班次的總數(shù)；[0026] 步驟1.2令k表示電動公交車的編號，k＝1,2,…,K，K為該線路配置的電動公交車數(shù)量，τk(0≤τk≤1)表示車輛k的電池健康狀態(tài)；電池荷電狀態(tài)的安全區(qū)間記為[λ2,λ1]，0≤λ2＜λ1≤1；[0027] 步驟1.3.根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及發(fā)車時(shí)刻表確定該線路當(dāng)日班次i(i∈I)的發(fā)車start end end start時(shí)刻Ti 、到站時(shí)刻Ti 、行程時(shí)間ti(到站時(shí)刻Ti 減去發(fā)車時(shí)刻Ti )、始發(fā)站 終點(diǎn)站 能耗wi；[0028] 所述行程時(shí)間ti單位為min，能耗wi單位為kWh；[0029] 步驟1.4.按照城市階梯電價(jià)對線路每日的運(yùn)營時(shí)間進(jìn)行時(shí)段劃分，使用符號q(q＝1，2，…，Q)表示劃分得到的各時(shí)段，時(shí)段q對應(yīng)的電價(jià)記為cq；[0030] 其中Q表示劃分后的時(shí)段總數(shù)；[0031] 所述電價(jià)cq單位為元/kWh；[0032] 步驟2.生成有向網(wǎng)絡(luò)并定義優(yōu)化變量；[0033] 步驟3.估計(jì)車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量；[0034] 步驟4.建立電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；[0035] 步驟5.求解電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型。[0036] 具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是，所述步驟2中生成有向網(wǎng)絡(luò)并定義優(yōu)化變量；具體過程為：[0037] 步驟2.1.定義有向網(wǎng)絡(luò)G＝{V，A}；[0038] 其中V為節(jié)點(diǎn)集合，A為有向弧集合；[0039] 其中有向網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)集合V＝I∪{o,d}；[0040] 其中節(jié)點(diǎn)o代表車輛從場站發(fā)出，節(jié)點(diǎn)d代表車輛返回場站；[0041] 定義集合Io＝{o}∪I以及集合Id＝swnyn00∪I；[0042] 步驟2.2.有向弧集合A根據(jù)連接方法分為兩個(gè)集合A1和A2，定義0?1變量xkij、ykij，i∈Io,j∈Id；[0043] 如果車輛k連續(xù)運(yùn)營班次i、j且中途不需要充電，則xkij＝1且有向弧(k,i,j)∈A1，否則xkij＝0(否則包含兩種情況，1.車輛k不連續(xù)運(yùn)行；2.車輛k連續(xù)運(yùn)行且需要充電)；[0044] 如果車輛k連續(xù)運(yùn)營班次i、j且中途需要充電，則ykij＝1且有向弧(k,i,j)∈A2，否則ykij＝0(否則包含兩種情況，1.車輛k不連續(xù)運(yùn)行2.車輛k連續(xù)運(yùn)行且不需充電)；對應(yīng)充電事件于時(shí)段q的充電時(shí)間為 單位為min。[0045] 圖2為有向網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。[0046] 其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。[0047] 具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是，所述步驟3中估計(jì)車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量；具體過程為：[0048] 步驟3.1.當(dāng)xkij＝1時(shí)，電動公交車k在班次j發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量Wkj的估計(jì)方法如式(1)所示：[0049][0050] 式中，Wki為電動公交車k在班次i發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量，單位為kWh；wki為電動公交車k在班次i上的耗電量，單位為kWh； 為公交車由班次i終點(diǎn)站空駛至班次j始發(fā)站所需的耗電量，單位為kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到； 為班次i終點(diǎn)站，為班次j始發(fā)站；[0051] 步驟3.2.當(dāng)ykij＝1時(shí)，電動公交車k在班次j發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量Wkj的估計(jì)方法如式(2)(2)所示：[0052] 其中電動公交車k在班次i與班次j間的充電量 與電動公交車k在班次i與班次j之間充電時(shí)間 之間關(guān)系如式(3)所示：[0053][0054][0055] 式中， 為公交車由班次i終點(diǎn)站運(yùn)行至充電場站所需的耗電量，kWh，v為充電場站，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到； 為公交車由充電場站運(yùn)行至班次j始發(fā)站所需的耗電量，kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到；P為充電功率，單位為kW；充電量 單位為kWh；充電時(shí)間 單位為min。[0056] 其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。[0057] 具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是，所述步驟4中建立電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；具體過程為：[0058] 步驟4.1.構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；[0059] 以線路總運(yùn)營成本Z(元)最小為優(yōu)化目標(biāo)建立車輛調(diào)度模型，如式(4)所示；[0060] 線路總運(yùn)營成本由日間充電成本Z1(元)、夜間充電成本Z2(元)以及車輛使用成本Z3(元)三部分組成；[0061] minZ＝Z1+Z2+Z3(4)[0062][0063][0064][0065] 式中：cnight為電網(wǎng)夜間谷時(shí)電價(jià)，單位為元/kWh； 為電動公交車k的電池額定容量，單位為kWh；Wk(d)為電動公交車k結(jié)束全天運(yùn)營任務(wù)時(shí)電池剩余電量，單位為kWh；ck為電動公交車k的購買成本，單位為元；T為電動公交車使用年限，單位為年；xk0j為0?1變量，yk0j為0?1變量；[0066] 步驟4.2.設(shè)置約束條件；[0067] 約束(8)～(11)保證所有班次都被執(zhí)行且只被執(zhí)行一次；[0068] 約束(12)、(13)保證兩種有向弧時(shí)間上的可行性；[0069] 約束(14)、(15)保證車輛充電前后的電量處于安全范圍內(nèi)；[0070] 約束(16)～(18)對車輛的充電時(shí)長做出限制；[0071] 約束(19)、(20)為優(yōu)化變量的取值限制；[0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083][0084][0085] 式中： 為緩沖時(shí)間，min；Wb為電池額定容量，kWh； 為單次最小充電時(shí)長，min；xkid、xkji、ykji為0?1變量， 為公交車從班次i終點(diǎn)站 空駛至班次j始發(fā)站 所需的時(shí)間，單位為min； 為公交車從班次i終點(diǎn)站 空駛至充電場站v所需的時(shí)間，單位為min； 為公交車從充電場站v空駛至班次j始發(fā)站start所需的時(shí)間，單位為min； 為班次j發(fā)車時(shí)刻，wj為班次j能耗，Ti 為班次i發(fā)車時(shí)刻，wi為班次i能耗， 為電動公交車k在班次j發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量，為公交車由班次j終點(diǎn)站 返回場站所需的耗電量，d為車輛返回場站，Wkstart(Ti )為電動公交車k在班次i發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量， 為公交車由班次i終點(diǎn)站 返回場站所需的耗電量， 為公交車從班次i終點(diǎn)站 返回場站所需的時(shí)間，單位為min， 為自然數(shù)集合。[0086] 其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。[0087] 具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是，所述步驟5中求解電動公交車輛調(diào)度優(yōu)化模型；具體過程為：[0088] 步驟5.1.輸入?yún)?shù)：最大迭代次數(shù)μ、退火溫度t、篩選比例ζ，迭代次數(shù)δ＝0；[0089] 步驟5.2.生成初始種群；具體過程為：[0090] 步驟5.21.將當(dāng)日所有班次隨機(jī)分配給車輛，分配時(shí)要滿足節(jié)點(diǎn)服務(wù)約束式(8)～式(11)與時(shí)間可行性約束式(12)，組成車輛排班方案；[0091] 步驟5.22.基于車輛排班方案建立充電計(jì)劃模型并求解(模型結(jié)構(gòu)詳見步驟5.5)，如果存在可行解(采用Gurobi求解器求解)，則將可行解加入到初始種群當(dāng)中；如果無解，則拋棄該車輛排班方案并重新執(zhí)行步驟5.21，直至初始種群中的可行解數(shù)量達(dá)到設(shè)定的初始種群規(guī)模POPsize，進(jìn)入步驟5.3；[0092] 所述基于車輛排班方案建立充電計(jì)劃模型過程為步驟5.5；[0093] 步驟5.3.判斷是否存在δ≤μ，如果存在則進(jìn)入步驟5.4；否則，進(jìn)入步驟5.8；[0094] 步驟5.4.擾動可行解；具體過程為：[0095] 步驟5.4.1.令計(jì)數(shù)參數(shù)θ＝1；[0096] 步驟5.4.2.選擇種群內(nèi)第θ個(gè)可行解作為擾動目標(biāo)ω；[0097] 步驟5.4.3.計(jì)算擾動目標(biāo)ω中電動公交車k負(fù)責(zé)的所有班次的總能耗與該車輛剩b余最大電池容量τkW 之間的比值，記為 并將車輛按照 從小到大的順序排序形成集合Φ；依照參數(shù)ζ，選取集合Φ中前后各ζ/2部分的車輛形成集合Μ，記此時(shí)集合M中車輛負(fù)責(zé)的所有班次為集合T；[0098] 步驟5.4.4.隨機(jī)在[0,1]區(qū)間內(nèi)選取一個(gè)數(shù)，記為r，判斷是否存在r＜γ，如果存在，則從集合M中隨機(jī)刪除一輛公交車；否則，不進(jìn)行任何操作；[0099] 其中γ是一個(gè)與迭代次數(shù)有關(guān)的參數(shù)，取值與迭代次數(shù)有關(guān)如式(21)所示：[0100] γ＝0.95δ(21)[0101] 步驟5.4.5.將集合T中的班次重新隨機(jī)分配給集合M中的車輛，需要注意重新分配的過程依舊需要滿足節(jié)點(diǎn)服務(wù)約束式(8)～式(11)與時(shí)間可行性約束式(12)，將擾動生成的新解記為ω′；[0102] 步驟5.4.6.根據(jù)ω′中的排班方案建立充電計(jì)劃模型并求解(具體模型結(jié)構(gòu)見步驟5.5)，判斷是否有解，如果有解則轉(zhuǎn)到步驟5.6，否則轉(zhuǎn)到步驟5.4.7；[0103] 所述根據(jù)ω′中的排班方案建立充電計(jì)劃模型過程為步驟5.5；[0104] 步驟5.4.7.判斷θ＝POPsize是否成立，如果成立則轉(zhuǎn)到步驟5.7；否則，令θ＝θ+1并返回步驟5.4.2；[0105] 步驟5.5.根據(jù)排班方案生成充電計(jì)劃；具體過程為：[0106] 每個(gè)排班方案中含有K條車次鏈(每輛車有其需要負(fù)責(zé)運(yùn)營的班次，車輛從首班至末班需要負(fù)責(zé)的所有班次可以看做一條車次鏈)，為每條車次鏈創(chuàng)建一個(gè)集合αk(k＝1,2,…,K)，其中包含車輛需要負(fù)責(zé)的 個(gè)班次，每個(gè)班次用z(z∈αk)表示，z+1為電動公交車執(zhí)行完班次z后執(zhí)行的下一個(gè)班次，Lk表示電動公交車k執(zhí)行的最后一個(gè)班次；令0?1變量βkz表示電動公交車k執(zhí)行班次z結(jié)束后是否充電，如果充電則βkz＝1，對應(yīng)的時(shí)段q內(nèi)充電時(shí)長為 否則，βkz＝0；[0107] 步驟5.5.1.車輛發(fā)車時(shí)刻電池剩余電量估計(jì)變?yōu)槭?22)；[0108][0109] 式中：Wk(z)為公交車k在班次z發(fā)車時(shí)刻的電池剩余電量，kWh；wkz是公交車k在班次z的耗電量，kWh； 為車輛由班次z終點(diǎn)站運(yùn)行至充電場站所需的耗電量，kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到； 為公交車由充電場站運(yùn)行至班次z+1始發(fā)站所需的耗電量，kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到； 為公交車由班次z終點(diǎn)站空駛至班次z+1始發(fā)站所需的耗電量，kWh，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)得到；[0110] 步驟5.5.2.建立充電調(diào)度模型；[0111] 以白天充電費(fèi)用和夜間充電費(fèi)用總和最小為優(yōu)化目標(biāo)建立模型，如式(23)所示；[0112] 約束(24)保證充電前后兩個(gè)班次的時(shí)間可行性；[0113] 約束(25)、(26)保證車輛電池剩余電量處于安全范圍內(nèi)；[0114] 約束(27)、(28)保證電動公交車充電時(shí)長滿足限制；[0115] 約束(29)、(30)為優(yōu)化變量的取值限制；[0116][0117][0118][0119][0120][0121][0122][0123][0124] 式中： 為班次z+1發(fā)車時(shí)刻， 為班次z到站時(shí)刻，tz為班次z行程時(shí)間，為公交車從班次z終點(diǎn)站 空駛至充電站所需的時(shí)間，單位為min，為公交車從充電站空駛至班次z+1始發(fā)站 所需的時(shí)間，單位為min，wz為能耗；[0125] 步驟5.6.根據(jù)Metropolos準(zhǔn)則篩選可行解；[0126] 步驟5.6.1.根據(jù)式(7)計(jì)算車輛使用成本Z3，并參照式(4)計(jì)算可行解總成本；[0127] 步驟5.6.2.計(jì)算擾動產(chǎn)生的成本變化ΔZ＝Z′?Z，其中Z′為擾動后生成可行解ω′的總成本，Z為擾動前可行解ω的總成本；[0128] 步驟5.6.3.判斷ΔZ＜0是否成立，如果成立，則在種群中保留ω′剔除ω，進(jìn)入步驟5.7；否則，轉(zhuǎn)到步驟5.6.4；[0129] 步驟5.6.4.根據(jù)式(31)計(jì)算擾動后的采納概率κ；隨機(jī)在[0,1]區(qū)間內(nèi)選取一個(gè)數(shù)，記為R；判斷R＜κ，如果成立，則在種群中保留ω′剔除ω；否則，放棄ω′在種群中繼續(xù)保留ω；[0130][0131] 步驟5.7.令δ＝δ+1，轉(zhuǎn)到步驟5.3；[0132] 步驟5.8.輸出種群中成本最小解對應(yīng)的車輛調(diào)度方案與充電計(jì)劃。[0133] 其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。[0134] 本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

專利地區(qū)：吉林

專利申請日期：2022-12-16

專利公開日期：2024-08-06

專利公告號：CN115983568B

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