专利名称：一种基于二维图形填充的电动汽车充电调度方法
技术领域：
本发明涉及针对电网的智能充电领域，特别是涉及到一种基于二维图形填充的电动汽车充电调度方法。
背景技术：
当前，全球化石能源面临枯竭，以内燃机作为动力源的传统机动车正面临着被淘汰的命运，而使用清洁能源的电动汽车必然会成为未来机动车行业发展的新方向。在电动汽车行业稳步发展的同时，一个新的问题显现了出来。电动汽车充电带来的大量电能负荷将给本已经负重不堪的电网以沉重的压力。电力负荷过大不仅会使配电网产生大量负荷，并且会对电网造成很严重的谐波污染。如何解决因电动汽车充电而给电网造成的负担问题，正是本发明的主要方面。 由于电动汽车行业正处于前期发展阶段，国内针对电动汽车充电行为对电网影响的研究并不太多，而在电动汽车充电站市场上，针对充电行为调度的优化系统更是少见，基本采用即到即充的无序充电营业模式。充电站的不同运营模式会对电网造成不同程度的影响，对充电行为的合理规划调度可以在不影响充电站正常运营和用户需求的基础上最大程度地减轻因电动汽车充电给电网造成的负面影响。如何通过一个思路简明清晰而有效的算法来解决电动汽车充电的调度问题，正是现今发展电动汽车行业、建立充电站时需要全力解决的一个重要课题。
发明内容
本发明针对用电曲线存在波峰波谷的特点，对电动汽车的充电行为进行了合理规划，使其充电时间尽量集中到用电曲线的波谷当中去，避免了“峰上加峰”情况的出现，使得用电曲线变得更加平缓。本发明通过对充电行为的图形化建模，成功将该充电问题转化为二维图形的填充问题，并将所有对充电行为的约束条件转化为填充过程中的填充判据。充电约束条件大致分为电池规格差异、用户自定义起止时间两类，本发明通过某个填充算法解决了该二维图形填充问题，并将最终的填充结果显示在效果图上。通过对比无序充电可以看出，本发明中算法的填充结果具有很大优势，是一种行之有效的充电调度方式。为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案步骤一首先将录入的数据信息图像化，构建充电模块填充模型；步骤二 对用电曲线波谷区域每一个位置点进行遍历，填入符合条件的充电模块，并最终输出填充效果图。其中，在步骤一中，首先对城市用电曲线进行模拟，用一条拟合曲线代替城市用电曲线，并获得该拟合曲线的坐标位函数，该拟合曲线二维图形的X、Y轴分别为时间轴和功率轴；将充电行为模拟成为本发明所述充电模块填充模型中的充电矩形模块，该矩形模块的X、Y轴分别为时间轴和功率轴；构建充电模块填充模型后，即可将电动汽车充电问题转化为二维图形填充问题。
在步骤二中，对用电曲线围成的波谷区域内所有位置点进行遍历，判定该点是否能够填充入充电模块，遍历顺序为从底部向顶部，不断寻找用电曲线最低点；选定位置点后，对所有可用充电模块进行遍历，选定符合条件的第一个充电模块填充入该位置，并将用电曲线相应区域上浮等同于该填充模块功率的高度，形成新的填充曲线，然后继续遍历下一位置点；若该点无法填充，则跳过该点直接遍历下一位置点，并排除该点对后续操作的影响；当所有位置点遍历 完成后，将所有未能够按要求填充的充电模块都按其本身用户的自定义要求以最早时间填入用电曲线中，最后输出填充效果图。本发明的优点以及积极效果在于本发明将复杂的电动汽车充电调度问题转化为了二维图形填充问题，使之能够比较直观清晰地得到解决，同时保有很高的真实性与可操作性。相比较没有运用优化算法的无序填充而言，使用本系统填充后的用电曲线明显更加平和，其对电网造成的压力更小，具有十分现实的意义。本发明使用二维图形模拟并将结果通过效果图展示，具备很强的可读性，其实用效果在众多优化调度算法中具备更大的优势。
图I为本发明步骤一中用电曲线模拟图；图2为本发明步骤一中充电模块模拟图；图3为本发明步骤二中填充算法流程图；图4为电动汽车充电行为模拟填充效果图。
具体实施例方式本发明针对用电曲线存在波峰波谷的特点，首先对充电系统进行了模拟，以二维图像模型描述真实充电系统，然后对电动汽车充电模块进行有序填充，在不同负荷条件约束下，将充电模块合理填入用电曲线波谷中，达到充电行为优化的目的。主要步骤如下步骤一电动汽车充电行为可以模拟成为一个逻辑性极强的数学行为，其每一种不同的选择操作都可以模拟成为模型中一种相对应的数学计算过程。本发明的重点正是通过合理规划这些无序的充电操作，来达到减轻电网负荷的目的，这一目的也可以抽象成为数学模型中的一个约束条件。因此，就可以将这个人为因素影响严重的生活问题，转化为一个相对符合原本条件的二维数学模型，并通过二维图像填充方法，借助编程工具对该问题进行解决。以北京市电网负荷曲线为例，每日用电量波动曲线呈类似正弦曲线模式，每日用电量存在两个波谷与两个波峰，两个波谷为夜间和下午时段，分别为7 8个小时和5 6个小时，而本发明的充电理论正是针对电网波谷区域进行充电规划。因此可以将波谷区域单独截取出来，然后通过图像处理进行提取，得到一条波谷区域用电曲线的拟合函数曲线，然后以该函数曲线为研究对象进行充电行为模拟，最终得到较为贴近现实的充电数据。在该函数曲线中，X轴代表时间，为白天波谷区域的5 6小时，Y轴代表充电功率，为每日可用充电功率的总值，如图I所示。电动汽车充电可以模拟成相应的充电矩阵模型，X轴代表时间，Y轴代表充电功率，不同种充电模块如图2所示。在这种模拟情况之下，电动汽车充电问题就被转化成为了一种简明直观的二维图形填充问题。本文的充电调度方法，即是将多种不同车辆相对应的充电矩阵模块，以合理的顺序排列调度后，完美填充到用电曲线的波谷中去，尽量使填充后的曲线更加平缓，达到减轻电网压力的目的。步骤二 本发明设计了一种二维图形填充算法，并通过MATLAB来实现其功能。由于MATLAB的图像处理能力较强，比较适合本发明的内容，故此选用其作为实现工具。填充算法采用传统的空间搜索加回溯的二维图形填充方法，即从用电曲线底部开始，对用电曲线围成的波谷区域内所有位置点进行遍历，判定该点是否能够填充入充电模块，遍历顺序为从底部向顶部，不断寻找用电曲线最低点。选定位置点后，首先判定该填充点的填充方向，加入两个if判定语句，优先对填充点右边进行填充，否则对填充点左边进行填充。同时出现左右均有空位时优先执行第一个if语句，也即向右填充。之后对所有可用充电模块进行遍历，选定符合条件的第一个充电模块填充入该位置。判定条件为该填充点是否符合填充模块自带填充信息的起止时间要求，若该填充点早于用户自定义充电开始时间或晚于用户自定义充电终止时间，则判定该模块不予填充，继·续遍历下一充电模块，直到找到条件符合该位置点的填充模块为止。填充操作后，将用电曲线相应区域上浮等同于该填充模块功率的高度，形成新的填充曲线，然后继续遍历下一位置点。若该点无法填充，则跳过该点直接遍历下一位置点，并排除该点对后续操作的影响。当所有位置点遍历完成后，将所有未能够按要求填充的充电模块都按其本身用户的自定义要求以最早时间填入用电曲线中，最后输出填充效果图。算法流程图如图3所示。由于每次填充过后都会以新的用电曲线代替原有用电曲线，因此每次填充过后都会形成一个新的波谷，并且随着曲线的不断上浮，这个波谷的曲线会越来越平缓。如此将所有充电模块填充完成，就等于是将所有充电模块压实到了用电曲线之上。这样的填充方式其实相当于对所有充电模块设定了优先级，优先选择有益于平滑用电曲线并且满足用户自定义要求的充电模块进行填充。最后填充剩余的充电模块，也即相当于后选用户。填充效果见图4。
权利要求
1.一种基于二维图形填充的电动汽车充电调度方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一首先将录入的数据信息图像化，构建充电模块填充模型； 步骤二 对用电曲线波谷区域每一个位置点进行遍历，填入符合条件的充电模块，并最终输出填充效果图。
2.根据权利要求I所述的一种基于二维图形填充的电动汽车充电调度方法，其特征在于，步骤一中首先对城市用电曲线进行模拟，用一条拟合曲线代替城市用电曲线，并获得该拟合曲线的坐标位函数，该拟合曲线二维图形的X、Y轴分别为时间轴和功率轴；将充电行为模拟成为所述充电模块填充模型中的充电矩形模块，该矩形模块的X、Y轴分别为时间轴和功率轴；构建充电模块填充模型后，即可将电动汽车充电问题转化为二维图形填充问题。
3.根据权利要求I所述的一种基于二维图形填充的电动汽车充电调度方法，其特征在于，步骤二中对用电曲线围成的波谷区域内所有位置点进行遍历，判定该点是否能够填充 入充电模块，遍历顺序为从底部向顶部，不断寻找用电曲线最低点；选定位置点后，对所有可用充电模块进行遍历，选定符合条件的第一个充电模块填充入该位置，并将用电曲线相应区域上浮等同于该填充模块功率的高度，形成新的填充曲线，然后继续遍历下一位置点；若该点无法填充，则跳过该点直接遍历下一位置点，并排除该点对后续操作的影响；当所有位置点遍历完成后，将所有未能够按要求填充的充电模块都按其本身用户的自定义要求以最早时间填入用电曲线中，最后输出填充效果图。
全文摘要
本发明针对用电曲线存在波峰波谷的特点，对电动汽车的充电行为进行了合理规划，使其充电时间尽量集中到用电曲线的波谷当中去，避免了“峰上加峰”情况的出现，使得用电曲线变得更加平缓。本发明通过对充电行为的图形化建模，成功将该充电问题转化为二维图形的填充问题，并将所有对充电行为的约束条件转化为填充过程中的填充判据。充电约束条件大致分为电池规格差异、用户自定义起止时间两类，本发明通过某个填充算法解决了该二维图形填充问题，并将最终的填充结果显示在效果图上。通过对比无序充电可以看出，本发明中算法的填充结果具有很大优势，是一种行之有效的充电调度方式。
文档编号G06Q50/06GK102800027SQ20121020221
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者苏粟, 姜久春, 璩昌宇, 张维戈, 黄梅, 王玮 申请人:北京交通大学