一種電動汽車充換電站優化布局系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明一種電動汽車充換電站優化布局系統，設及電動汽車能力管理領域。
【背景技術】
[0002] 對于充換電站規劃問題，已初步形成了充換電站規劃的基本原理、方法步驟。合理 的充換電站規劃，對于提高用戶的便利度，減小其對電網的不利影響等方面，都有積極的作 用。但也存在一些問題，例如:對充換電站規劃方案的優選目標分析不到位，不能與電動汽 車市場運作的模式和發展方向契合，計算方法分析不深入;規劃模型的約束條件未能將交 通路網、電力網絡、用戶需求、市政規劃等統籌考慮，導致模型不完善，說服力較小等。因此， 對充換電站規劃問題設及的各方利益進行了分析，需要一種在滿足快充需求的前提下，使 充換電站的建設成本、快充途中耗時成本、到站排隊等候時間成本Ξ者最小為目標的規劃 方案。
【發明內容】
[0003] 為解決上述技術問題，本發明提供一種電動汽車充換電站優化布局系統，該系統 目的在于可W根據讀取某區域的電動汽車數量，千人汽車保有量和負荷預測值等數據，通 過綜合數據分析系統做出最優的電動汽車充換電站優化布局方案。
[0004] 本發明所采用的技術方案是：
[0005] -種電動汽車充換電站優化布局系統，包括數據采集系統、數據輸入系統、數據分 析系統、決策系統、數據輸出系統。
[0006] 所述數據采集系統采用USB-1608FS-PLUS模塊，數據采集系統的輸出端采用第一 通訊線與數據輸入系統的輸入端相連，所述第一通訊線為USB3.0通用串行總線；
[0007] 所述數據輸入系統包括Intel 8255A忍片，數據輸入系統的輸入端與數據采集系 統的輸出端連接，數據輸入系統的輸出端通過第二通訊線與數據分析系統的輸入端連接， 所述第二通訊線為CAN總線；
[000引所述數據分析系統采用PC機，數據分析系統的輸入端連接數據輸入系統的輸出 端，數據分析系統的輸出端通過第Ξ通訊線連接決策系統的輸入端，所述第Ξ通訊線為CAN 總線；
[0009] 所述決策系統包括ARM STM32F107忍片，決策系統的輸出端通過第四通訊線連接 數據輸出系統，所述第四通訊線為USB3.0通用串行總線；
[0010] 所述數據輸出系統采用I/O接口，數據輸出系統的輸入端連接決策系統的輸出端， 數據輸出系統的輸出信息包括電動汽車充換電站的最優容量和最佳選址。
[0011] 數據采集系統，用于將采集到的數據:車流量信息，電網質量信息，電動汽車負荷 時空分布信息，人口信息W及消費發展水平信息等寫入數據輸入系統；
[0012] 數據輸入系統，用于將采集到的信息通過數據傳遞，將數據呈交給數據分析系統；
[0013] 數據分析系統包括模型建立子系統、約束處理子系統、成本分析子系統、優化算 法；
[0014] 模型建立子系統，用于建立優化布局區域內的數學模型；
[0015] 約束處理子系統，用于綜合處理優化布局過程中應該考慮的各種限制條件；
[0016] 成本分析子系統，用于具體計算優化布局系統的總成本；
[0017] 決策系統，用于最終確定該區域電動汽車充換電站的最優選址和容量；
[0018] 數據輸出系統，用于將決策系統的最終決策信息輸出給優化布局的決策者。
[0019] 本發明一種電動汽車充換電站優化布局系統，有益效果如下：
[0020] 1)、本發明通過建立數據采集系統，采集需要規劃的電動汽車充換電站區域的有 效信息，通過數據傳遞模塊，將收集的信息傳遞給數據分析模塊加 W處理，數據分析系統中 的約束處理子系統全面分析規劃過程中應該考慮的約束，成本分析子系統實際為目標函數 建立模塊，構建規劃過程中W充換電站的建設成本、快充途中耗時成本與到站排隊等候時 間成本Ξ者最小，優化算法為粒子群算法，運用該智能算法對建立的實際可靠模型進行求 解，數據分析子系統將最終的仿真結果，通過數據傳遞通道送至決策系統，做出該區域電動 汽車充換電站優化布局方案。
[0021] 2)、本發明可W根據讀取某區域的電動汽車數量，千人汽車保有量和負荷預測值 等數據，通過綜合數據分析系統，對該規劃區域建立高可靠性的仿真模型，然后采用高精 度，收斂速度快，全局性好的粒子群算法對該區域的仿真模求解，通過決策模塊做出最優的 電動汽車充換電站優化布局方案。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明的數據采集、數據分析到最終做出優化布局決策的流程圖。
[0023] 圖2是本發明的結構示意圖。
[0024] 圖3是本發明的規劃方案圖。
【具體實施方式】
[0025] -種電動汽車充換電站優化布局系統，其硬件實時控制系統包括能夠準確收集某 區域可靠信息的數據采集系統，能將采集信息寫入系統的數據輸入系統，能準確、全面、綜 合權衡運營商和電動汽車充電用戶之間利益的數據分析系統，能根據準確的分析結果做出 最后決策的決策系統W及數據輸出系統。其結構如圖2所示。
[00%]所述數據采集系統采用USB-1608FS-PLUS模塊;數據采集系統的輸出端采用通訊 線與數據輸入系統的輸入端相連，所述通訊線為USB3.0通用串行總線，所述通訊線兼容 USB2.0，傳輸速率快，USB3.0可W在存儲器件所限定的存儲速率下傳輸大容量數據，例如， 一個采用USB3.0的閃存驅動器可W在15秒鐘將1GB的數據轉移到另外一個終端，而USB 2.0 則需要43秒，USB3.0的最大傳輸帶寬高達5. OGbps(即640MB/S)，而USB2.0的最大傳輸帶寬 為480Mbps(即60MB/s)，USB3.0引入全雙工數據傳輸，5根線路中2根用來發送數據，另2根用 來接收數據，還有1根是地線。也就是說，USB 3.0可W同步全速地進行讀寫操作，W前的USB 版本并不支持全雙工數據傳輸。
[0027]所述數據輸入系統采用Intel 8255A(PPI)忍片組成，數據輸入系統的輸入端與數 據采集系統的輸出端，已如上所述;數據輸入系統的輸出端采用通訊線與數據分析系統的 輸入端相連，所述通訊線為CAN總線，具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成 本低等優點；采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作;具有優先 權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，可靠的錯誤處理和檢錯機制， 發送的信息遭到破壞后，可自動重發，節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能。
[0028] 所述數據分析系統采用PC機，采用全分布的網絡體系結構和冗余的計算機硬件配 置，主干網絡采用1000M/100MW太網交換機組成的雙網冗余構成。計算機硬件采用RISC忍 片的HP Alpha/IBM/SUN服務器/工作站分布于網絡中；數據分析系統的輸入端連接至數據 輸入系統的輸出端，已如上所述。數據分析系統由模型建立子系統、約束處理子系統、成本 分析子系統和優化算法構成，所述數據分析系統為中央處理器，通過CAN總線與模型建立子 系統、約束處理子系統、成本分析子系統和優化算法模塊相連;數據分析系統的輸出端通過 通訊線連接至決策系統輸入端，所述通訊線采用CAN總線。
[0029] 所述決策系統采用ARM STM32F107忍片組成;決策系統的輸入端通過CAN總線與數 據分析系統的輸出端相連，決策系統的輸出端采用通訊線連接至數據輸出系統的輸入端， 所述通訊線為USB3.0通用串行總線，其優點已述。
[0030] 所述數據輸出系統采用I/O接口，數據輸出系統的輸入端連接至決策系統的輸出 端，數據輸出系統輸出的信息包括電動汽車充換電站的最優容量和最優選址。
[0031] 軟件系統包括數據監測與收集模塊、數據命令傳輸控制接口、多目標控制策略模 塊、仿真平臺、粒子群智能算法模塊等。
[0032] -種電動汽車充換電站優化布局方法，包括如下步驟：
[0033] 步驟1:運用數據采集系統，采集規劃區域內的有效信息
[0034] 步驟1.1:所述規劃區域內的有效信息包括:在規劃水平年，空間負荷預測綜合考 慮了小區用地性質、面積和人口信息，負荷預測值可W反映小區生活和消費的發展水平，隨 著電動汽車技術的成熟和人們環保意識的增強，高發展水平小區電動汽車的購置能力更 強。規劃水平年，電動汽車數量可根據城市的千人汽車保有量與小區人口預測，并考慮小區 負荷預測值修正，表示為：
[0037] 式中：Nj為區域j電動汽車數量;λ為水平年千人汽車保有量;aj為水平年區域j人 口；b為電動汽車份額;pi j為水平年小區j負荷預測值，pEQ為規劃范圍水平年負荷預測平均 值;D為小區集合;f為向上取整函數;η為小區集合數。
[0038] 步驟1.2:將所述信息采集W后通過數據傳輸通道，借助數據輸入系統將有效信息
[0039] 傳遞至數據分析系統。
[0040] 步驟2:數據分析系統中的成本分析子系統，建立優化布局的目標函數。
[0041] 步驟2.1:所述目標函數為充換電站的建設成本、快充途中耗時成本和到站排隊等 候時間成本Ξ者最小。
[0042] 具體表不為：
[0043] min fcost 二 fconstr+ftcos+fwaitc (3)
[0044] 式中：fcDst為公共充換電站的社會年總成本;fcDnstr為公共充換電站的年建設運行 成本;ftEDS為用戶快充途中年耗時成本;fwait。為用戶到站排隊等候年時間成本。
[0045] 步驟2.2:所述公共充換電站年建設運行成本年建設運行成本包括年固定投資和 年運行成本。固定投資主要是充電機、±地、配電變壓器和其他輔助設備的投資成本。運行 成本主要是充換電站的人員工資和設備維護等成本。充電機是固定投資的決定因素，充電 機數量體現了充換電站規模，充電機越多，服務車輛越多，占地面積越大，相應的±地購置 和配電變壓器及其他輔助設備的固定投資越大，同時管理人員越多，運行維護成本也越大。 因此，固定投資和運行成本都是充電機數量化barge的函數。年建設運行成本可表示為：
[0046] (4)
[0047] 式中：fcons1:;r(Ncharge)為充換電站i的固定投資函數;fopera(Ncharge)為充換 電站i的年運行成本函數，可按固定投資的一定比例取值;Ncharge為充換電站i的充電機數 量;β日為貼現率;yd邱r為充換電站的折舊年限;Dconstr為充換電站集合。
[0048] 步驟2.3:用戶充電途中年耗時成本計算，充電途中年耗時成本主要由快充需求點 到充換電站的距離決定，可表示為：
[0049] (日）
[0050] 式中：丫為城市出行時間成本系數;dlij為需求點j到充換電站i的城市道路非直 線系數；d2ij為需求點j到充換電站i的空間直線距離；V為城市交通平均行駛速度； 化onstri為屬于充換電站i的快充需求點集合。
[0051] 步驟2.4:用戶到站排隊等候年