智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度技術(shù)研究

劉輝勇，袁 攀，魏 眾，胡 勇

（許繼電源有限公司，許昌461000）

0 前 言

目前我國的電動汽車技術(shù)取得了快速的發(fā)展，但電動汽車還沒有得到大規(guī)模的推廣使用，其主要制約瓶頸是電車電源充電時間長，電池成本高等.一般情況下，電動汽車電能補(bǔ)給主要有整車充電與換電池兩種模式，其中換電池方式可以大幅減少電動汽車的電能補(bǔ)給時間，對電池的充放電進(jìn)行優(yōu)化控制以有效提高電池的使用壽命.另外，當(dāng)電動汽車電池使用壽命終止后，通過檢測篩選并按一定規(guī)則進(jìn)行分組，可以繼續(xù)作為儲能電池，進(jìn)行梯次利用，構(gòu)建儲能電站.換電模式勢必造成電池隨汽車在各電池更換站之間的頻繁流動，而這種流動因汽車流量受各種復(fù)雜因素的影響而呈現(xiàn)出不均衡的特性.

為了維持和確保各站具有與其服務(wù)需求相適應(yīng)的電池儲量，就必須對于電池的分布進(jìn)行平衡，如何合理的進(jìn)行電池調(diào)配的決策和實(shí)施，尤其是相關(guān)的電池分布信息的實(shí)時采集和車輛調(diào)度的實(shí)施，對于系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要，這個問題也是目前的一個研究熱點(diǎn).本文在實(shí)際應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，對電動汽車智能充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的一體化調(diào)度和管理系統(tǒng)進(jìn)行了深入的分析.

1 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)一體化調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

電動汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)一體化調(diào)度是將電池作為服務(wù)資源從全局角度統(tǒng)一規(guī)劃和調(diào)配，以物流費(fèi)用和充電費(fèi)用最小為目的，在考慮各約束條件的情況下得到集中型充電站的最優(yōu)調(diào)度配送策略.系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

在本系統(tǒng)中涉及比較復(fù)雜的調(diào)度執(zhí)行任務(wù)，因此需要為調(diào)度人員提供一種簡便高效的監(jiān)測工具，以及直觀的操作方式，因此，可以利用GIS等可視化技術(shù)來解決這一問題，提高其工作效率.通過可視化界面，調(diào)度人員可以直觀地監(jiān)測集中充電負(fù)荷執(zhí)行情況以及與全網(wǎng)絡(luò)汽車動力服務(wù)的關(guān)聯(lián)特性等，還可以實(shí)時地采取局部更改調(diào)度指令.在可視化管理層，系統(tǒng)可以借助GIS等技術(shù)對配送車輛實(shí)現(xiàn)圖形化的全景動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，有利于資源的合理調(diào)度和分配.

2 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)一體化調(diào)度功能設(shè)計(jì)

該服務(wù)網(wǎng)絡(luò)一體化調(diào)度的具體內(nèi)容包括：①為不同規(guī)模和不同功能的充換電站建立數(shù)學(xué)模型，定義和量化各站對電池的消耗和充電能力；②構(gòu)建集中充電站、電池更換站以及電池配送站之間的物流調(diào)配體系和架構(gòu)；結(jié)合各站的電池消耗量化指標(biāo)，以及各站充電能力指標(biāo)，組織全局空電池的調(diào)度以最優(yōu)化利用各站的充電能力；③組織全局充電后滿充電池的調(diào)度以最優(yōu)的方式滿足各站的電池消耗需求；④建立調(diào)度的配送申請、配送計(jì)劃、配送工單管理以及配送執(zhí)行的流程體系；⑤確定各種確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的約束條件，設(shè)計(jì)電池物流調(diào)配的自動優(yōu)化輔助決策算法等.

一體化調(diào)度技術(shù)的核心就是要完整地解決電池充電調(diào)度、電池調(diào)度以及車輛調(diào)度三者之間的一體化調(diào)度問題，以達(dá)到全系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo).

2.1 電池調(diào)度

在電池配送體系上，綜合型換電站基本自給自足，不具備向下輻射的配送能力；配送站有大小不同規(guī)模，實(shí)現(xiàn)兩級配送.例如在近郊建立大型配送站，作為電池集散和中轉(zhuǎn)地，在市區(qū)社區(qū)建立小型配送站實(shí)現(xiàn)簡單換電功能.集中充電站主要與大型配送站進(jìn)行交互，大型配送站再向小型配送站輻射.當(dāng)然，也不排除特殊情況下，集中充電站直接與小型配送站交互的可能.系統(tǒng)電池調(diào)配關(guān)系如圖2所示.

圖2 電池調(diào)配類型示意圖

本系統(tǒng)中，電池的調(diào)配策略包括一級調(diào)配和二級調(diào)配兩部分，其中一級電池調(diào)配由省電動汽車服務(wù)公司直接管理，根據(jù)全省電池分布狀況和各地電池總的需求情況，協(xié)調(diào)安排全省的電池集中充電計(jì)劃以及一級電池調(diào)配方案.例如，大型配送站向集中充電站配送電池，一般為待充電池；大型配送站向集中充電站跨市區(qū)配送電池，一般為待充電池；小型配送站向集中充電站配送電池，一般為待充電池，一般為解決臨時需求和問題.

二級電池調(diào)配主要由市電動汽車服務(wù)公司進(jìn)行管理，根據(jù)全市電池分布狀況和各地電池總的需求情況，協(xié)調(diào)安排全市的二級電池調(diào)配方案及綜合型電池更換站的充電運(yùn)行計(jì)劃，市與市之間的臨時調(diào)配由省電動汽車服務(wù)公司進(jìn)行管理.例如，同地市的綜合型電池更換站與大型配送站之間配送電池，一般為解決臨時需求和問題；小型配送站向所屬大型配送站配送電池，一般為待充電池；同地市的小型配送站之間配送電池，一般為解決臨時需求和問題；不同地市的小型配送站之間配送電池，一般為解決臨時需求和問題.

2.2 物流車輛調(diào)度

在本系統(tǒng)中，物流車輛調(diào)度同樣包括一級調(diào)度和二級調(diào)度，其物流車輛調(diào)配關(guān)系圖與圖2相似.其中，一級物流車輛調(diào)配由省電動汽車服務(wù)公司直接管理，根據(jù)全省物流車輛分布情況和電池調(diào)配方案制定物流車輛一級調(diào)配方案，并協(xié)調(diào)市與市之間的物流車輛調(diào)度.例如，大型配送站向集中充電站行駛的物流車輛，一般裝有待充電池；集中充電站向大型配送站行駛的物流車輛，一般裝有滿充電池.

二級物流車輛調(diào)配主要由市電動汽車服務(wù)公司進(jìn)行管理，根據(jù)全市物流車輛分布狀況和二級電池調(diào)配方案，協(xié)調(diào)安排全市的二級物流車輛調(diào)配方案，市與市之間的臨時調(diào)配由省電動汽車服務(wù)公司進(jìn)行管理.例如，同地市的綜合型電池更換站與大型配送站之間行駛的物流車輛；不同地市的大型配送站之間行駛的物流車輛，由省電動汽車服務(wù)公司下達(dá)調(diào)配指令.

2.3 電池充電調(diào)度

電池集中充電調(diào)度要解決大規(guī)模集中電池具體在哪些集中充電站哪些時段以多少功率進(jìn)行充電，一方面為滿足電動汽車運(yùn)營服務(wù)，一方面通過系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度達(dá)到有序充電、削峰填谷的目的.而這一調(diào)度需要第二種調(diào)度，電池配送調(diào)度的支持，需要在集中充電調(diào)度指定的地點(diǎn)和時間具有足夠的電池資源來執(zhí)行充電操作.因此，配送調(diào)度要根據(jù)集中充電調(diào)度對配送進(jìn)行規(guī)劃和調(diào)度.而配送調(diào)度的執(zhí)行，又需要配送車輛運(yùn)力的支撐，依托于配送車輛調(diào)度.

由這三種調(diào)度問題構(gòu)成的一體化調(diào)度不僅需要自動化的優(yōu)化決策支持，而且在其具體執(zhí)行過程仍然需要全面的監(jiān)測與管理.在管理人員下達(dá)一體化調(diào)度決策后，工作人員在具體執(zhí)行過程中，可能會遇到諸多不確定性因素的影響，因此系統(tǒng)中的實(shí)時監(jiān)測功能就顯得尤為重要.

3 系統(tǒng)層次劃分與網(wǎng)絡(luò)部署

本系統(tǒng)采用三層架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，以保證系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性.本系統(tǒng)的層次劃分圖和網(wǎng)絡(luò)部署圖分別如圖3和圖4所示.

圖3 系統(tǒng)層次設(shè)計(jì)圖

同時，本系統(tǒng)為基于B／S模式的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)的核心代碼都部署在服務(wù)器上，所在一定程度上可以保證系統(tǒng)的安全性.而且在對系統(tǒng)的主程序進(jìn)行維護(hù)或者升級時，只需要對服務(wù)器端進(jìn)行更新就即可.

根據(jù)對系統(tǒng)訪問要求的分析，可以得出系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署圖，系統(tǒng)用戶可以通過Internet訪問本系統(tǒng)，如下.

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署圖

4 小 結(jié)

雖然目前我國的電動汽車有較快的發(fā)展，但是其電池充電管理技術(shù)仍然是一個尚未解決的難題，本文主要對一種新型的智能充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的一體化調(diào)度管理技術(shù)進(jìn)行了研究，并在系統(tǒng)中增加了可視化管理層，以方便管理人員對電池和車輛資源的實(shí)時調(diào)度.

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