一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法

本发明涉及一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，属于电动汽车换电站运行优化。

背景技术：

1、电动汽车换电站作为连接交通网络与配电网的关键枢纽，其高效运营面临两大挑战：一是用户换电需求具有显著的时空异质性，不同用户群体对换得电池荷电状态的要求存在差异；二是站内电池资源在满足用户需求的同时，需兼顾充电经济性与服务可靠性。

2、现有换电站电池库存管理方法大多采用统一的“满电服务”策略，未能根据用户对电池电量的差异化需求进行精细化匹配，导致高电量电池浪费或充电成本居高不下。少数研究尝试根据soc等级划分电池状态，但尚未建立电池充程状态与用户类别之间的服务能力映射机制，难以实现电池资源与用户需求的精准匹配。

3、因此，亟需一种能够考虑用户换电阈值的换电站日前优化调度方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，以实现换电站电池资源与用户差异化需求的有效匹配。

2、本发明的技术方案是：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，包括以下步骤：

4、获取不同类别用户的最低可接受换电荷电状态阈值，构建用户换电需求表征模型；

5、将换电站内电池荷电状态划分为多个充程状态，建立充程状态与用户类别之间的服务能力映射关系；

6、以总运营成本最小为目标，构建换电站的运营成本最优调度模型进行求解。

7、进一步地，所述用户换电需求表征模型的构建，具体为：

8、设全体用户类别集合为，其中为第一类用户，为第二类用户，为第三类用户；调度周期内时段t的总换电需求数量为；因此，换电站内换电需求可按不同用户类别分解，具体如下：

9、；

10、；

11、；

12、式中，表示时段内第类用户的换电需求数量；表示时段内到站车辆中属于第类用户的比例；表示单个调度周期内的调度时段集合；

13、考虑安全余量的基础上，构建不同用户群体的最低可接受换电荷电状态阈值，具体表达式为：

14、；

15、式中，表示第u类用户的最低可接受换电荷电状态阈值；表示换电站提供服务的最低荷电状态电池阈值；表示电池额定容量，表示第u类用户对应的车辆单位里程能耗；表示为第u类用户预留的心理安全余量；

16、整个调度周期的换电用户需求集表示为：

17、。

18、进一步地，所述将换电站内电池荷电状态划分为多个充程状态，建立充程状态与用户类别之间的服务能力映射关系，具体为：

19、将换电站内的库存电池划分为多个充程状态，具体如下：

20、；

21、式中，表示时段第块电池所处的充程状态等级，为第块电池在时段的荷电状态；表示换电站bss提供服务的最低荷电状态电池阈值；，，分别表示a,b,c三类用户的最低可接受换电荷电状态阈值；、、、分别表示第一、二、三、四等级充程状态；

22、建立充程状态与用户类别之间的服务能力映射关系为：

23、。

24、进一步地，所述换电站的运营成本最优调度模型中建立的以总运营成本最小为目标的目标函数为：

25、；

26、式中，表示总运营成本，表示电网购电成本，表示库存电池配置成本，表示未满足用户换电需求的服务惩罚成本；

27、进一步地，所述电网购电成本表达式为：

28、；

29、式中，表示时段单位电价；表示单个调度时段的时长；表示时段换电站从电网购买的电功率。

30、进一步地，所述库存电池配置成本表达式为：

31、；

32、式中，表示折现率，表示单块电池生命周期，、分别表示单位容量的新电池购置价格与退役电池残值，表示电池额定容量，表示调度周期内的电池总配置数量，表示电池生命周期内折算的总调度周期数；

33、所述服务惩罚成本表达式为：

34、；

35、式中，表示第类用户的惩罚因子，表示在时段内未满足的第类用户的换电需求数量；表示单个调度周期内的调度时段集合；表示用户类别集合。

36、根据本发明的第二方面，提供了一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度系统，包括上述中任一项所述基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法的模块。

37、根据本发明的第三方面，提供了一种处理器，所述处理器用于执行操作，所述操作包括执行上述中任意一项所述的基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法的步骤。

38、本发明的有益效果是：

39、为克服传统模型假设用户同质化的局限，基于不同用户类别的最低可接受换电荷电状态阈值，构建了精细化的用户换电需求表征模型，准确刻画了不同类型用户在真实场景下的服务敏感性。在此基础上，建立了电池soc与动态需求类别的映射机制，确保电池资源能够在正确的时间以合适的电量匹配对应的用户需求。基于上述建模，进一步构建了以总运营成本最小化为目标的混合整数线性规划模型，以制定与换电需求精准匹配的日前充换电调度与库存配置方案。通过对比验证，本发明所提策略在日购电成本上较传统策略降低约23.4%，库存电池配置成本降低约28.3%，并在整体服务满足率保持93.1%的同时，将最优库存规模从53块压缩至38块，实现了运营成本与资源占用的双重优化。

1.一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，其特征在于，所述用户换电需求表征模型的构建，具体为：

3.根据权利要求1所述的基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，其特征在于，所述将换电站内电池荷电状态划分为多个充程状态，建立充程状态与用户类别之间的服务能力映射关系，具体为：

4.根据权利要求1所述的基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，其特征在于，所述换电站的运营成本最优调度模型中建立的以总运营成本最小为目标的目标函数为：

5.根据权利要求1所述的基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法，其特征在于，所述电网购电成本表达式为：

6.一种基于用户换电阈值的换电站日前优化调度系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法的模块。

7.一种处理器，所述处理器用于执行操作，其特征在于，所述操作包括执行权利要求1-5中任意一项所述的基于用户换电阈值的换电站日前优化调度方法的步骤。