一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法

技术特征：
1.一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据车辆的荷电状态以及乘客行程距离将车辆和乘客分成k个等级；根据车辆的剩余电量由低到高将车辆进行分级，根据乘客的行程距离由短到长将乘客进行分级；步骤2、设计过低电量车辆，即0级车充电机制，以及其他车辆，即k级车充电机制，k∈{0,
…
,k}；步骤3、设计不需要充电车辆的调度机制以及完成充电任务车辆的调度机制；步骤4、根据排队理论搭建充电队列模型，推导队列稳定性条件；步骤5：设计车辆对乘客的服务机制以及搭建服务队列模型，推导系统稳定性条件；步骤6、分析系统均衡状态，设计基于站点的再平衡的联合调度策略，建立多目标联合调度问题的优化模型，使系统最大响应时间t和运营成本c最小化；步骤7、利用拉格朗日分析和kkt条件推导出多目标联合调度问题的优化模型的解析解下界。2.根据权利要求1所述的一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，步骤2中所述k级车充电机制如下：车辆完成上一个任务到达客运站后：1)不充电直接服务乘客2)在本站点进行部分充电后服务于乘客3)去充电站部分充电后服务于乘客其中表示k级车辆不充电的概率，表示k级车辆部分充电的概率，o
i
表示k级车辆在本站点充电的概率，表示k级车辆前往充电站m充电的概率；其中部分充电为车辆从k级充电到k 1级；所述0级车充电机制如下：若到达车辆为过低电量的车：1)在本站点进行全车充电后服务乘客2)在本站点进行部分充电后服务乘客3.根据权利要求1所述的一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，步骤3中所述不需要充电车辆的调度机制：车辆完成上一个任务后：1)留在该客运站ps i，为该客运站乘客提供服务o
i
；2)前往ps j站，为j站乘客提供服务所述完成充电任务车辆的调度机制：1)在本站点i完成充电任务的车辆则和上述不需要充电车辆的调度机制相同；2)在cs m完成充电的车辆，需要前往有需求的ps j站为乘客提供服务h
mj
。4.根据权利要求1所述的一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，步骤4中所述搭建充电队列模型具体为：客运站ps全车充电被建模为m/m/1/1队列、客运站ps部分充电被建模为m/m/r
i
/k队列，充电站cs部分充电被建模为m/m/r
m
/k队列；1)、客运站ps充电：载客户车辆到达psi站的过程被建模为泊松过程,预期速率为则ps i站的k级载客车辆达到率表示为其中p
k
代表到达系统的车辆电荷量状态属于k级的概率，不需要充电的车辆需要在该客运站充电的k级车辆为由于0级车辆没有多余的电量服务乘客以及前往附近充电站cs充电，因此0
级车辆只能在所到的客运站充电，需要在该客运站充电的0级车辆为其中表示i站的0级载客车辆达到率；2)、充电站cs充电：i站到达车辆选择去csm充电的车辆到达率λ
im
如下：其中，n为客运站的集合，i∈{1,
…
,n}，m为充电站的集合，m∈{1,
…
,m},所述队列稳定性条件具体为：每个充电点的车辆进站率必须小于其总服务率，以避免充电延迟；1)客运站psi站部分充电队列的稳定性条件：其中p0代表到达车辆为0级车辆的概率；2)客运站psi站完全充电队列的稳定性条件：μ
ig
为客运站psi站充电桩提供的充电速率，r
i
为客运站psi站充电桩的数量；3)充电站csm站充电队列稳定性条件：其中r
m
为充电站m的充电桩数量，为m站充电桩提供的充电速率。5.根据权利要求1所述的一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，步骤5中所述车辆对乘客的服务机制如下：1)fcfs规则：乘客队列被建模为m/m/1/k-fcfs队列，客户队列的第一位优先分配车辆；2)同级服务和子集服务：完成充电的车辆或者不进行充电的k级车辆以的概率为l级的乘客提供服务，其中k≥l；所述服务队列模型如下：客运站psi站的k级可用车辆达到率λ
ik
包括客运站psi站点本身的车辆λ
iak
，客运站ps j站再平衡到客运站psi站的车辆以及充电站csm站分配到i站的车辆以及充电站csm站分配到i站的车辆i站为k级顾客提供的服务率i站为k级顾客提供的服务率其中λ
id
代表i站可用的d级车辆，代表d级车辆为k级乘客提供服务的概率；所述系统稳定性包括服务队列稳定性以及各站车流量稳定性；其中所述服务队列的稳定性为：为乘客提供的服务率大于乘客到达率：
λ
isk
>λ
ick
,k＝1,
…
,k
ꢀꢀ
(7)其中为客运站psi站的k级乘客到达率；系统的最大响应时间t表示为则所述各站车流量的稳定性为：根据守恒定律，各站车辆流入量等于流出量：客运站psi站的k级载客车辆达到率λ
ivck
如下：从客运站psi站再平衡到j站的车辆如下：其中为车辆从i站再平衡到j站的概率从充电站csm站调度到客运站ps j站的车流量λ
mj
如下：客运站ps i车流量稳定性：充电站csm车流量稳定性：为保证稳定性和响应时限，i站各类车辆，包括载客车辆和再平衡车辆的到达率下限为：λ
iak
表示i站不参与再平衡，直接为i站乘客提供服务的k级车辆到达率，表示从j站再平衡到i站的k级车辆到达率，表示m站的k级车辆，表示i站的k级乘客到达率；根据上述公式(6)和公式(8)得：
其中，λ
jvcw
表示j站w级载客车辆到达率，表示w级车辆选择部分充电的概率，表示w级车辆选择不充电的概率，表示w级车辆为k级乘客提供服务的概率，p
w-1
表示到达车辆为w-1级的概率，表示w-1级车辆选择部分充电的概率，o
j
表示j站车辆不参与再平衡直接为j站乘客提供服务的概率，表示j站车辆选择再平衡到i站的概率，表示k级车辆为k级乘客提供服务的概率，表示j站k-1级载客车辆到达率，表示k-1级车辆选择部分充电的概率，表示j站车辆选择到m站充电的概率，h
mi
表示m站车辆分配到i站的分配率；对(15)中所有不等式的求和得到：等价于：根据得：6.根据权利要求1所述的一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，步骤6中所述多目标联合调度问题的优化模型中目标函数：包括系统最大响应时间t和系统运营成本c系统最大响应时间：系统运营成本具体包括：车辆在途行驶成本、车辆充电成本以及充电桩维护和使用成本；车辆在途行驶成本：车辆充电成本：充电桩维护和使用成本：系统运营成本:c＝c
tr
c
ch
c
pile
ꢀꢀ
(23)其中，c
p
表示车辆单位时间内的折旧费和损耗成本，c
si
表示车辆在psi充1级点的充电成本，c
sm
表示车辆在csm充1级点的充电成本,c
ri
表示psi充电桩的维护成本和使用成本，c
rm
表示csm充电桩的维护成本和使用成本；则多目标联合调度问题的优化模型为：s.ts.ts.ts.ts.ts.ts.t7.根据权利要求1所述的一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，其特征在于，步骤7中定义简化符号a-n，如下式所示：如下式所示：如下式所示：如下式所示：如下式所示：如下式所示：如下式所示：
使用添加变量和ζ
mi
代表在有求解出完整表达式的情况下的最优值；其中和分别是i站车辆充电和再平衡的决策向量，是车辆服务决策向量，h＝[h
mi
]是m站车辆分配决策向量；代表与i站k级客户队列相关不等式的拉格朗日乘子，分别代表与i站和m站k级车辆充电队列相关不等式的拉格朗日乘子，代表与i站k级乘客服务队列调度决策相关的拉格朗日等式乘子，γ＝[γ
k
]代表和预期响应时间的上界不等式相关的拉格朗日乘子，分别代表与i站和m站车流量相关等式的拉格朗日乘子，χ＝[χ
im
]代表与i站车辆充电与调度决策相关等式的拉格朗日乘子。

技术总结
本发明提供一种基于排队理论的多等级充电与再平衡联合调度方法，涉及按需出行系统的控制技术领域。本发明结合多等级充电调度与基于站点的再平衡策略解决充电延迟和系统失衡问题，并构建乘客等待队列和车辆充电队列，提出一种基于静态平衡的联合调度方案，使系统达到响应时间和运营成本最小化的目标。其中构建的按需出行系统的考虑充电规模的多等级充电调度与基于站点的再平衡策略相结合联合调度模型。考虑了可充电客运站与独立充电站相结合的模型。同时，将充电桩数量作为优化变量，给予最小充电桩的数量的同时以保证充电站服务的效率。效率。效率。


技术研发人员：郭戈 孙天宇 高振宇
受保护的技术使用者：东北大学秦皇岛分校
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/22