一种高速公路电动汽车快速充电站排队算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高速公路电动汽车快速充电站排队算法。
【背景技术】
[0002] 随着电动汽车在高速公路上的长距离行驶和相应充电设施的建设，电动汽车在高 速公路上充电的诸多问题越来越受到人们的关注，高速公路快速充电站运行仿真成为一个 重要的研究课题。如果能够提出高速公路快速充电站排队算法计算不同时刻下快速充电站 的车辆队长、排队长度、等待时间和充电负荷，则基于这些决策变量，一方面能够为电动汽 车制定满意的充电策略，另一方面结合电网供电能力能够为快速充电站制定合理的运行计 划。
[0003] 目前，经典排队论只能估计出排队指标中队长、排队长度和等待时间的平均值，尚 没有文献提出明确的适合于高速公路电动汽车快速充电站的排队算法对快速充电站的决 策变量进行计算，包括电动汽车的队长、排队长度、等待时间和充电负荷。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服经典排队论算法存在的不足，提出一种高速公路电动汽车快 速充电站排队算法，可以准确计算不同时刻下快速充电站电动汽车的队长、排队长度、等待 时间和充电负荷，从而达到仿真快速充电站运行的目的。
[0005] 解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种高速公路电动汽车快速充电站排队算法，高速公路快速充电站满足如下规 贝IJ :①一个高速公路快速充电站中配置若干台相同类型的快速充电粧；②一个高速公路快 速充电站为电动汽车用户提供充电服务的规则为先到先服务；③一个高速公路充电站为用 户提供多台充电粧的并行服务；④一个高速公路快速充电站内设置两种车位，一种配置了 充电粧可同时提供充电服务和停车服务，另一种只提供停车服务；若用户进站需要等待时， 则用户先停到只提供停车服务的车位上等待，待有空闲充电粧时，按照优先级顺序到有空 闲充电粧的车位接受充电服务；若用户进站不需要等待，则直接到有空闲的充电粧的车位 上接受充电服务；
[0007] 所述高速公路电动汽车快速充电站排队算法包括以下步骤：
[0008] 步骤1)，初始化参数，包括：目标充电站的充电粧的数量、充电粧功率限值、电动 汽车数量、快速充电站运行时段、时间步长；建立信息列表集合，包括目标充电站进站流量 列表、目标充电站列表和充电粧列表集，设置信息列表集合中所有变量的值为〇 ;
[0009] 步骤2)，对高速公路入口车流量历史数据进行统计和拟合得到典型日高速公路电 动汽车入口时刻记录；高速公路入口车辆的起始SOC和行驶速度均采用正态分布概率密度 函数描述；结合高速公路上相邻充电站站间距离、充电意愿和车辆的剩余电量，得到车主的 充电阈值；模拟生成电动汽车车辆在目标充电站的进站流量曲线，并将进站流量曲线信息 和将进站的车辆基本信息依次存入充电站进站流量列表中；所述车辆基本信息包括车辆的 电池类型、剩余电量以及车辆的充电时间；
[0010] 步骤3)，从充电粧列表集中读取当前每个充电粧将要服务的最后一辆电动汽车的 车辆排队等待时间，对每个充电粧的编号按照其对应最后一辆车辆的车辆排队等待时间进 行升序棑序：其中，车辆棑队等待时间计筧方法为：
[0011
[0012] 式中，Tw (i，t)是时刻t提供充电服务编号为i的充电粧所对应的车辆排队等待时 间，Tr (i，t)是时刻t正在提供充电服务编号为i的充电粧剩余服务时间；m是排在该充电 粧后面的电动汽车数量；Te(k)是排在该充电粧后面的电动汽车充电时间；若当前的充电站 有空闲的充电粧，即排队等待时间为〇 ;
[0013] 步骤4)，从充电站进站列表中，将当前进站的电动汽车按照进站次序依次分配给 步骤3)中排好序的充电粧，依次计算进站车辆的排队等待时间，依次设置车辆状态为等待 状态，并将车辆基本信息依次存入每个对应的充电粧列表中；
[0014] 步骤5)，从充电粧列表集合中读取当前每个充电粧的服务进度，并设置其值加1 ; 判断当前每个充电粧的充电进度是否达到车辆的充电时间，若未达到则执行步骤6)，否则 执行步骤7):其中，若充电桩充电功率R(t)为：
[0015]
[0016] 式中，Ppni为充电粧最大输出功率；t JP 12是充电粧恒压限流阶段的边界时刻；
[0017] 当L= I. 5t ,时，得到车辆的充电时间Tc为：
[0018]
[0019] 式中，S0C。为进站车辆的剩余电量；SOCe为车辆设置的目标电量；Q ni为电动汽车电 池容量；Ppni为用户选择快充充电方式对应的最大充电功率；
[0020] 步骤6)，设处于服务中的车辆状态为正处于充电服务状态，计算当前充电站的技 术参数，包括：当前充电站的队长、当前充电站的排队长度和当前充电站电动汽车充电负 荷，并将这些信息存入目标充电站列表中，然后执行步骤8);其中，充电站的队长即充电站 中所停留的电动汽车总数量，包括正在接受充电服务的车辆和正在等待的车辆；排队长度 即充电站中正在等待的车辆总数量；充电站电动汽车充电负荷为：
[0021]
[0022] 式中，PJt)为时刻t充电站汽车充电负荷，L(t)为充电站时刻t的队长；Ld(t)为 充电站时刻t的排队长度；P e (j，t)为用户j选择快充充电方式对应时刻t的充电功率；
[0023] 步骤7)，在每个充电粧列表中，充电服务过程结束后删除离开充电站的电动汽车 信息，并设置其状态为离站状态，然后执行步骤8);
[0024] 步骤8)，设置当前充电站的运行进度值加1，并判断当前充电站的进度是否达到 充电站最大运行进度：若达到则结束，并输出计算结果，否则执行步骤3)。
[0025] 有益效果：本排队算法考虑了快速充电站运行仿真的精度要求，可以选取不同长 度的时间窗口，动态记录快速充电站的运行状态；通过特定的时间窗口可以将充电站的运 行状态进行离散化处理，时间窗口越小，描述结果越精确；通过获取关键时间窗口记录的快 速充电站运行状态信息，求得充电站不同时刻下的车辆队长、排队长度、等待时间和充电负 荷。上诉所提出的排队算法的优点是算法简洁，数据接口明确，运行速度很快，能够对高速 公路电动汽车快速充电站的运行进行动态仿真。
【附图说明】
[0026] 图1为快速充电站运行状态图；
[0027] 图2为某高速路段充电站地理位置图；
[0028] 图3为某高速公路入口处车辆的日流量图；
[0029] 图4为高速公路电动汽车行驶速度；
[0030] 图5为高速公路入口处电动汽车出发时刻；
[0031] 图6为不同时刻下快速充电站的电动汽车队长计算值；
[0032] 图7为不同时刻下快速充电站的电动汽车排队长度计算值；
[0033] 图8为电动汽车的充电时间和等待时间计算值；
[0034] 图9为不同时刻下快速充电站的充电负荷。
【具体实施方式】
[0035] -种高速公路电动汽车快速充电站排队算法所应用的高速公路快速充电站满足 如下规则：①一个高速公路快速充电站中配置若干台相同类型的快速充电粧，对于电动汽 车用