考虑分时电价的纯电动公交行车计划编制方法研究

摘要

随着能源危机和环境污染的加深，纯电动公交作为零污染、大容量的交通工具，受到了越来越多的关注。近年来，国内各城市纯电动公交线路的显著增加，对纯电动公交运营管理提出了更高的要求。如何在满足乘客出行需求的基础上，合理配置车辆数目，降低充电费用，延缓电池老化，逐渐成为纯电动公交运营管理研究的热点问题。本文重点研究了整车充电模式及更换电池模式下纯电动公交行车计划编制方法，主要包括以下四个部分:
　　(1)根据纯电动公交车辆、电池特性，总结分析了纯电动公交运营特点，在传统公交行车计划编制的基础上，提出编制纯电动公交行车计划时应重点关注的问题:1）除满足衔接车次约束外，还应考虑续驶里程、充电时长等约束条件;2)应充分考虑分时电价的影响，合理配置车辆、电池数目，优化车辆排班及电池充电安排。
　　(2)整车充电模式下，统筹考虑车辆排班与电池充电，基于分时电价机制，构建使车辆数、空驶里程、充电成本三者综合最小的纯电动公交行车计划多目标优化模型。利用改进的遗传算法对模型进行求解，采用实数编码的方式对车次编码;并对顺序交叉算子进行改进，以避免早熟现象的发生。在此基础上，通过设计电池充电优化算法，对车辆充电起始时间进行优化。
　　(3)电池换电模式下，在保证线路运输需求的前提下，提出了考虑分时电价机制的电池有序充电策略，分别构建了车辆排班计划优化模型和电池充放电调度模型，并利用改进遗传算法以及Yalmip工具箱对模型求解。其中，车辆排班计翅优化模型通过优化车辆数、空驶里程等参数，来实现车辆购置、空驶成本最小的优化目标;电池充放电调度模型通过优化充电起始时刻、充电时长等参数，来实现电池综合成本最小的优化目标。
　　(4)以北京市大兴区某条纯电动公交线路为例，应用本文提出的纯电动公交行车计划编制方法，计算得到不同充电模式下综合成本最小的行车计划优化方案，验证了本文提出的模型算法的合理性和有效性。通过对比分析发现:相较于其它充电策略，采用本文提出的考虑分时电价的有序充电策略能够有效降低企业的运营成本。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 公交行车计划编制问题研究综述

1．2．2 电动汽车电池充放电研究综述

1．2．3 既有研究成果分析

1．3 论文研究内容和技术路线

2 纯电动公交行车计划编制特点分析

2．1．1 公交运营规划

2．1．2 公交行车计划

2．1．3 VSP模型

2．1．4 VSP求解

2．2 纯电动公交车辆与电池特征

2．2．1 车辆性能指标

2．2．2 动力电池性能指标

2．2．3 充电时长

2．3 基于分时电价的有序充电策略

2．3．1 分时电价机制

2．3．2 有序充电策略

2．3．3 充电安排分析

2．4 充电模式

2．4．1 整车充电模式

2．4．2 换电模式

2．4．3 不同充电模式下纯电动公交行车计划编制的特点分析

2．5 本章小结

3 整车充电模式下纯电动公交行车计划编制模型与算法

3．1 问题分析

3．2 模型构建

3．2．1 优化目标

3．2．2 约束条件

3．3 求解算法

3．3．1 算法设计

3．3．2 算法流程

3．4 本章小结

4 换电模式下纯电动公交行车计划编制模型及算法

4．1 问题分析

4．1．1 车辆排班计划

4．1．2 电池充放电调度计划

4．2 车辆排班计划优化模型

4．2．1 优化目标

4．2．2 约束条件

4．3 电池充放电调度模型

4．3．1 优化目标

4．3．2 约束条件

4．4 求解算法

4．4．1 遗传算法

4．4．2 车辆排班计划优化算法

4．4．3 电池充放电调度算法

4．5 本章小结

5 案例研究

5．1 案例说明

5．1．1 线路参数

5．1．2 车辆电池参数

5．2 整车充电模式下的纯电动公交行车计划

5．3 换电模式下的纯电动公交行车计划

5．3．1 车辆排班计划

5．3．2 电池充放电调度计划

5．3．3 车辆与电池匹配关系

5．4 基于不同充电策略的行车计划对比分析

5．4．1 整车充电模式

5．4．2 换电模式

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 论文主要研究成果

6．2 进一步研究的问题

参考文献

附录