用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统

1.本发明属于车网融合技术领域，具体涉及用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统。


背景技术：

2.随着共享经济和互联网的发展，共享电动汽车作为一种可能的出行模式得到了人们的关注。目前，已经开发了三种类型的共享电动汽车服务模式：往返、单向和自由流动。在这些服务模式中，人们从交通系统和电力系统间联网交互的角度，对单向的共享电动汽车服务模式进行了一些研究。例如，人们对单向的共享电动汽车的迁移问题进行了特别关注，尤其是考虑到共享电动汽车与分布式微电网的互动。由于分布式微电网的电网状态随不同的时间和地点而发生变化，因此对于某个共享电动汽车服务中心中的一些共享电动汽车，可以实现对本地微电网的负荷进行削峰或者填谷。另外，共享电动汽车作为移动储能资源，在分布式微电网之间转移电力能量时，还可为目的地微电网提供需求响应服务。但是在现有的研究中，无法对一定地理区域内共享电动汽车的收益实现最大化，因此存在待改进之处。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，包括以下步骤：
4.获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并以此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个所述本地微电网对应一个所述共享电动汽车服务中心；
5.基于所述租车数据获取道路信息，根据所述道路信息、预测用户行驶速度和行驶单位能耗，计算所述共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出所述共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号；
6.根据租车需求的历史数据，设置所有所述共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比；
7.根据所述共享电动汽车的电池荷电状态、所述本地微电网的电网状态、所述目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、所述行程时间、所述需求电量和所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立所述共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以所述协同优化调度模型的最大收益为目标函数；以及
8.对建立的模型进行求解，得到所述目标函数的最优值及其对应的控制变量值，以此控制所有所述共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。
9.在本发明的一个实施例中，所述共享电动汽车和所述本地微电网的协同优化调度模型的目标函数f
total
满足：
10.f
total
＝f
local-f
degrade
+f
response
；
11.其中，f
total
为共享电动汽车服务中心向本地微电网及目的地共享电动汽车服务中心提供需求响应的总收入，f
local
为共享电动汽车服务中心向本地微电网提供需求响应的收入，f
degrade
为共享电动汽车的电池的退化成本，f
response
为响应目的地共享电动汽车服务中心需求信号和向目的地微电网提供需求响应的收入。
12.在本发明的一个实施例中，向所述本地微电网提供需求响应的收入f
local
满足：
[0013][0014][0015][0016]
其中，α为共享电动汽车服务中心向本地微电网提供削峰填谷响应的单位收入，n为共享电动汽车服务中心的数目，m为时间段总数，t为一个时间段的持续时间，q(i,j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的数目，p1为电池荷电状态较低的共享电动汽车的充放电功率，p2为电池荷电状态中等的共享电动汽车的充放电功率，p3为电池荷电状态较高的共享电动汽车的充放电功率，a1(i,j,k)为电池荷电状态较低的共享电动汽车受到奖励或惩罚的整数变量，a2(i,j,k)为电池荷电状态中等的共享电动汽车受到的奖励或惩罚的整数变量，a3(i,j,k)为电池荷电状态较高的共享电动汽车受到的奖励或惩罚的整数变量。
[0017]
在本发明的一个实施例中，所述共享电动汽车的电池的退化成本f
degrade
满足：
[0018][0019]
其中，β为电池荷电状态中等、电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电提供削峰服务时的单位退化成本，在共享电动汽车服务中心内，n2(i,j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心的电池荷电状态中等的共享电动汽车的数目，n3(i,j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心的电池荷电状态较高的共享电动汽车的数目，d2(i,j,h)和d3(i,j,z)为两个整数变量，当电池荷电状态中等或电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电时，将指标设置为d2(i,j,h)＝1或d3(i,j,z)＝1，否则，将指标设置为d2(i,j,h)＝0或d3(i,j,z)＝0。
[0020]
在本发明的一个实施例中，响应所述目的地共享电动汽车服务中心和向所述目的地微电网提供需求响应的收入f
response
满足：
[0021][0022]
其中，γ为响应需求信号的单位收入，e为共享电动汽车的电池的标称能量容量，d(i,j,l)为出发地共享电动汽车服务中心是否响应目的地所述共享电动汽车服务中心发出
的需求信号的整数变量，当出发地共享电动汽车服务中心响应需求信号时，d(i,j,l)＝1，当出发地共享电动汽车服务中心没有响应或目的地共享电动汽车服务中心没有发出需求信号时，d(i,j,l)＝0，s(i,j)为第i个出发地共享电动汽车服务中心在时间段j内租给顾客的共享电动汽车的数目，soc
provided
为出发地共享电动汽车服务中心实际提供给顾客的电池荷电状态，soc
basic
为出发地共享电动汽车服务中心必须提供给顾客的基础电池荷电状态。
[0023]
在本发明的一个实施例中，所述出发地共享电动汽车服务中心必须提供给顾客的基础电池荷电状态soc
basic
满足：
[0024]
soc
basic
＝soc
consumed
+soc
min
；
[0025]
其中，soc
min
为防止共享电动汽车的电池过放电而设置的电池荷电状态的最小值，soc
consumed
为顾客从出发地到目的地这段行程中所消耗的电池荷电状态的预测值。
[0026]
在本发明的一个实施例中，soc
provided
满足的约束条件为：
[0027]
soc
basic
≤soc
provided
≤100％。
[0028]
在本发明的一个实施例中，所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比约束条件满足：
[0029]nhigh
≥σ*n
total
；
[0030]
其中，n
high
为电池荷电状态较高的共享电动汽车的数目，n
totel
为共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的数目，σ为电池荷电状态较高的共享电动汽车设置的占比系数。
[0031]
在本发明的一个实施例中，顾客从出发地到目的地这段行程中所消耗的电池荷电状态的预测值soc
consumed
满足：
[0032][0033]
其中，l
od
为从出发地到目的地的行驶里程，w
od
为单位距离消耗的能量，w
od
根据道路水平、起伏等各种参数以及交通状况预测得出。
[0034]
本发明还提出一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制系统，包括：
[0035]
获取单元，用以获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并以此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个所述本地微电网对应一个所述共享电动汽车服务中心；
[0036]
计算单元，用以基于所述租车数据获取道路信息，根据所述道路信息、预测用户行驶速度和行驶单位能耗，计算所述共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出所述共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号，
[0037]
还用以根据租车需求的历史数据，设置所有所述共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，
[0038]
还用以根据所述共享电动汽车的电池荷电状态、所述本地微电网的电网状态、所述目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、所述行程时间、所述需求电量和所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立所述共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以建立的模型最大收益为目标函数进行求解；以及
[0039]
控制单元，根据所述计算单元的求解结果得到所述目标函数的最优值及其对应的
控制变量值，以此控制所有所述共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。
[0040]
如上所述，本发明的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统，具有以下有益效果：在为顾客提供租车服务的同时，可最大化控制系统的收益，实现不同微电网间的电力转移。
附图说明
[0041]
图1显示为本发明用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法的步骤示意图。
[0042]
图2显示为本发明中多个微电网及其对应共享电动汽车服务中心之间的分配示意图。
[0043]
图3显示为本发明图2中步骤s50的一流程示意图。
[0044]
图4显示为本发明图2中步骤s50的又一流程示意图。
[0045]
图5显示为本发明用于共享电动汽车和微电网的协同控制系统的连接示意图。
[0046]
图6显示为本发明一计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
[0048]
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0049]
请参阅图1至图6所示，本发明提供一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统，可应用于单向共享电动汽车的共享模式中。共享电动汽车可以在汽车共享服务提供商拥有和运营的任何指定站点租车和还车。针对单向的共享电动汽车共享，可从运输系统和电力系统的角度进行分析，以在一定地理区域内实现共享电动汽车服务中心收益最大化。下面通过具体的实施例进行详细的分析。
[0050]
请参阅图1至图6所示，对于一个单向共享电动汽车服务提供者，该服务提供者在一个相对广泛的地理区域内部署了多个共享电动汽车服务中心，每个共享电动汽车服务中心与对应的微电网耦合。微电网可使用不同类型的供能侧，例如可以是电网的一部分、光伏发电机和/或风力涡轮机，并可具有不同的负载情况。因此，微电网的状态可能会随着时间
和位置而发生变化，可能处于波峰、波谷或者正常状态。从出发地共享电动汽车服务中心到目的地共享电动汽车服务中心，共享电动汽车可以作为移动储能资源。共享电动汽车可为目的地共享电动汽车服务中心耦合的微电网提供需求响应服务，例如可以削峰和填谷。另外，停放在共享电动汽车服务中心中的共享电动汽车，可以为本地的微电网提供需求响应服务。
[0051]
请参阅图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，本发明提出一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，可包括如下的步骤。
[0052]
步骤s10、获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并以此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个所述本地微电网对应一个所述共享电动汽车服务中心。
[0053]
步骤s20、基于所述租车数据获取道路信息，根据所述道路信息、预测用户行驶速度和行驶单位能耗，计算所述共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出所述共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号。
[0054]
步骤s30、根据租车需求的历史数据，设置所有所述共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比。
[0055]
步骤s40、根据所述共享电动汽车的电池荷电状态、所述本地微电网的电网状态、所述目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、所述行程时间、所述需求电量和所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立所述共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以所述协同优化调度模型的最大收益为目标函数。
[0056]
步骤s50、对建立的模型进行求解，得到所述目标函数的最优值及其对应的控制变量值，以此控制所有所述共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。
[0057]
请参阅图2所示，在本发明的一些实施例中，微电网和共享电动汽车服务中心是一一对应的，例如对于微电网一10、微电网二20、微电网三30和微电网四40，对应的有共享电动汽车服务中心一11、共享电动汽车服务中心二21、共享电动汽车服务中心三31和共享电动汽车服务中心四41。其中，微电网一10与共享电动汽车服务中心一11对应，微电网二20和共享电动汽车服务中心二21对应，微电网三30和共享电动汽车服务中心三31对应，微电网四40和共享电动汽车服务中心四41对应，一个微电网可与一个共享电动汽车服务中心进行通讯连接。在图2中，某一时刻，共享电动汽车服务中心一11租用了三辆共享电动汽车，共享电动汽车服务中心二21租用了一辆共享电动汽车，共享电动汽车服务中心三31租用了两辆共享电动汽车，共享电动汽车服务中心四41租用了零辆共享电动汽车。例如，将共享电动汽车服务中心一11作为出发地共享电动汽车服务中心，将共享电动汽车服务中心二21作为目的地共享电动汽车服务中心，可用共享电动汽车12表示共享电动汽车从出发地共享电动汽车服务中心一11行驶至目的地共享电动汽车服务中心二21。与此类似的，可用共享电动汽车13表示共享电动汽车从出发地共享电动汽车服务中心一11行驶至目的地共享电动汽车服务中心三31。
[0058]
步骤s10、获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享
电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并以此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个所述本地微电网对应一个所述共享电动汽车服务中心。
[0059]
在一些实施例中，可获取微电网的电网状态，微电网的电网状态可包括波峰状态、波谷状态和正常状态。可统计微电网的电网状态的历史电网数据，以用于预测未来时间内的电网状态，例如预测微电网未来一天的电网状态。其中，本地微电网表示为一个区域内的所有微电网的其中任何一个，本地微电网可为出发地微电网或者目的地微电网。在接收不同的租车数据时，可根据租车数据解析出的出发地和目的地，来确定出发地微电网和目的地微电网的位置。每个本地微电网可对应有一个共享电动汽车服务中心。
[0060]
步骤s20、基于所述租车数据获取道路信息，根据所述道路信息、预测用户行驶速度和行驶单位能耗，计算所述共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出所述共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号。
[0061]
在一些实施例中，可根据租车数据获取道路信息，并基于道路信息确定出发地和目的地之间的行驶里程。进一步的，可根据出发地和目的地之间的行驶里程、预测用户的行驶速度、行驶单位能耗和实时路况等多种因素，计算出共享电动汽车从出发地出发到达目的地的行程时间和需求电量。从出发地共享电动汽车服务中心出发的出发时刻和到达目的地共享电动汽车服务中心的到达时刻的时间差为行程时间。在计算行程时间和需求电量之后，在出发地共享电动汽车服务中心对应的出发时刻，接收出发地微电网的电网状态及到达时刻对应目的地共享电动汽车服务中心发出的需求信号。在共享电动汽车从出发地共享电动汽车服务中心出发的出发时刻，将接收出发地微电网的电网状态设定为第一电网状态。在共享电动汽车从出发地微电网出发的出发时刻，将预测到达目的地微电网时刻对应目的地微电网的电网状态设定为第二电网状态。
[0062]
步骤s30、根据租车需求的历史数据，设置所有所述共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比。
[0063]
在一些实施例中，共享电动汽车服务中心可统计共享电动汽车的电池荷电状态(soc，state of charge)，以将共享电动汽车按照电池荷电状态进行分类。例如可将0％≤soc＜40％定义为电池荷电状态较低，将40％≤soc＜80％定义为电池荷电状态中等，将80％≤soc≤100％定义为电池荷电状态较高。共享电动汽车服务中心可将共享电动汽车按照电池荷电状态从小到大进行排序。电池荷电状态较低的共享电动汽车可处于充电或者待机状态。电池荷电状态中等、电池荷电状态较高的共享电动汽车可处于充电、放电或者待机状态。共享电动汽车服务中心可根据共享电动汽车和微电网的协同控制方法，计算电池荷电状态较低、电池荷电状态中等和电池荷电状态较高的共享电动汽车应当保持的充电状态、放电状态或者待机状态。
[0064]
步骤s40、根据所述共享电动汽车的电池荷电状态、所述本地微电网的电网状态、所述目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、所述行程时间、所述需求电量和所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立所述共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以所述协同优化调度模型的最大收益为目标函数。
[0065]
步骤s50、对建立的模型进行求解，得到所述目标函数的最优值及其对应的控制变
量值，以此控制所有所述共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。
[0066]
在一些实施例中，对建立的共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，可通过在matlab(一种数学软件)使用遗传算法进行求解，得到目标函数的最优值及其对应的控制变量值。基于控制变量值控制所有共享电动汽车服务中心中的共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。
[0067]
在一些实施例中，当第二电网状态为波谷或者正常状态时，目的地微电网不需要进行削峰，此时目的地共享电动汽车服务中心不发出需求信号。当第二电网状态为波峰状态时，目的地微电网需要进行削峰，此时目的地共享电动汽车服务中心发出需求信号。当目的地共享电动汽车服务中心发出需求信号，并且出发地共享电动汽车服务中心接收的本地微电网状态为波谷状态或者正常状态时，出发地共享电动汽车服务中心可响应此需求信号。在出发地共享电动汽车服务中心响应此需求信号时，出发地共享电动汽车服务中心可分配电池荷电状态最高的共享电动汽车，此时出发地共享电动汽车服务中心获得奖励收益。在其他情况下，出发地共享电动汽车服务中心不响应需求信号或者目的地共享电动汽车服务中心不发出需求信号，出发地共享电动汽车服务中心可分配刚好满足需求电量的电池荷电状态的共享电动汽车，此时共享电动汽车服务中心没有奖励收益。
[0068]
请参阅图3所示，在本发明的一些实施例中，步骤s50的步骤，可包括如下的步骤。步骤s510可以表示为判断第二电网状态是否为波峰状态。当第二电网状态为波峰状态时，可执行步骤s520。步骤s520可以表示为控制目的地共享电动汽车服务中心发出需求信号。当第二电网状态为波谷状态或者正常状态时，可执行步骤s530。步骤s530可以表示为控制目的地共享电动汽车服务中心不发出需求信号。
[0069]
请参阅图4所示，在本发明的一些实施例中，步骤s50的步骤，可包括如下的步骤。可执行步骤s541，接收出发地微电网的电网状态。对于出发地微电网对应的第一电网状态为波谷状态或者正常状态时，可执行步骤s542、步骤s543、步骤s544和步骤s545的流程。其中，步骤s542可以表示为第一电网状态为波谷状态或者正常状态。步骤s543可以表示为判断出发地共享电动汽车服务中心是否响应需求信号。在步骤s543中，当出发地共享电动汽车服务中心响应需求信号后，步骤s544可以表示为出发地共享电动汽车服务中心分配电池荷电状态最高的共享电动汽车。步骤s545可以表示为共享电动汽车服务中心获得奖励收益。或者，对于出发地微电网对应的第一电网状态为波谷状态或者正常状态时，还可执行步骤s542、步骤s543、步骤s547和步骤s548的流程。其中，当执行步骤s542后，在步骤s543中，当出发地共享电动汽车服务中心不响应需求信号时，可执行步骤s547和步骤s548的流程。步骤s547可以表示为出发地共享电动汽车服务中心分配刚好满足需求的电池荷电状态的共享电动汽车。步骤s548可以表示为共享电动汽车服务中心没有奖励收益。
[0070]
请参阅图4所示，在本发明的一些实施例中，步骤s50的步骤，还可包括如下的步骤。步骤s541可以表示为接收出发地微电网的电网状态。对于出发地微电网对应的第一电网状态为波峰状态时，可执行步骤s546、步骤s547和步骤s548。其中，步骤s546可以表示为第一电网状态为波峰状态。步骤s547可以表示为出发地共享电动汽车服务中心分配刚好满足需求的电池荷电状态的共享电动汽车。步骤s548可以表示为共享电动汽车服务中心没有奖励收益。
[0071]
请参阅图1至图4所示，在本发明的一些实施例中，用以根据分配对应电池荷电状态的共享电动汽车，生成共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型的目标函数f
total
，满足：
[0072]ftotal
＝f
local-f
degrade
+f
response
；
[0073]
其中，f
total
为共享电动汽车服务中心向本地微电网及目的地共享电动汽车服务中心提供需求响应的总收入，f
local
为共享电动汽车服务中心向本地微电网提供需求响应的收入，f
degrade
为共享电动汽车的电池的退化成本，f
response
为响应目的地共享电动汽车服务中心需求信号和向目的地微电网提供需求响应的收入。
[0074]
在本发明的一些实施例中，向本地微电网提供需求响应的收入f
local
，满足：
[0075][0076][0077][0078]
其中，α为共享电动汽车服务中心向本地微电网提供削峰填谷响应的单位收入，n为共享电动汽车服务中心的数目，m为时间段总数，t为一个时间段的持续时间，q(i，j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的数目，p1为电池荷电状态较低的共享电动汽车的充放电功率，p2为电池荷电状态中等的共享电动汽车的充放电功率，p3为电池荷电状态较高的共享电动汽车的充放电功率，a1(i，j，k)为电池荷电状态较低的共享电动汽车受到奖励或惩罚的整数变量，a2(i，j，k)为电池荷电状态中等的共享电动汽车受到的奖励或惩罚的整数变量，a3(i，j，k)为电池荷电状态较高的共享电动汽车受到的奖励或惩罚的整数变量。
[0079]
对于a1(i，j，k)，在第i个共享电动汽车服务中心中，如果第k个共享电动汽车在时间段j的波谷时间内充电，则设置相应的整数变量为a1(i，j，k)＝1，表示共享电动汽车因为帮助填谷而得到本地微电网的奖励。另外，当它在波峰时间充电时，a1(i，j，k)＝-1，这表明共享电动汽车得到本地微电网的惩罚，因为增加了本地微电网的负荷，导致本地微电网的峰值更高。其他情况，a1(i，j，k)＝0，共享电动汽车对f
local
没有贡献。对于a2(i，j，k)，电池荷电状态中等的共享电动汽车可能处于充电、放电或待机状态。当一个共享电动汽车在波谷时间充电(即，它帮助填谷)或在波峰时间放电(即，它帮助削峰)，它会得到奖励，a2(i，j，k)＝1。如果共享电动汽车在波峰时间充电或在波谷时间放电，则共享电动汽车将受到惩罚，a2(i，j，k)＝-1，其他情况下，a2(i，j，k)＝0。对于a3(i，j，k)，分配方式与a2(i，j，k)相同，因为电池荷电状态较高的共享电动汽车也可以充电、放电或待机。当一个共享电动汽车在波谷时间充电(即，它帮助填谷)或在波峰时间放电(即，它帮助削峰)，它会得到奖励，a3(i，j，k)＝1。如果共享电动汽车在波峰时间充电或在波谷时间放电，则共享电动汽车将受到惩罚，a3(i，j，k)＝-1，其他情况下，a3(i，j，k)＝0。
[0080]
在本发明的一些实施例中，共享电动汽车的电池的退化成本f
degrade
，满足：
[0081][0082]
其中，β为电池荷电状态中等、电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电提供削峰服务时的单位退化成本，在共享电动汽车服务中心内，n2(i，j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心的电池荷电状态中等的共享电动汽车的数目，n3(i，j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心的电池荷电状态较高的共享电动汽车的数目，d2(i，j，h)和d3(i，j，z)为两个整数变量，当电池荷电状态中等或电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电时，将指标设置为d2(i，j，h)＝1或d3(i，j，z)＝1，否则，将指标设置为d2(i，j，h)＝0或d3(i，j，z)＝0。
[0083]
对于d2(i，j，h)和d3(i，j，z)两个整数变量，表征电池荷电状态中等或者电池荷电状态较高的共享电动汽车的电池，是否处于放电状态。当电池荷电状态中等或者电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电时，会消耗共享电动汽车的电池更多的生命周期，产生额外的退化，这缩短了共享电动汽车的电池的寿命，从长远来看降低了共享电动汽车服务中心的收入。因此，如果一个共享电动汽车放电，将指标设置为d2(i，j，h)＝1或d3(i，j，z)＝1，否则，将指标设置为d2(i，j，h)＝0或d3(i，j，z)＝0。
[0084]
在本发明的一些实施例中，响应目的地共享电动汽车服务中心和向目的地微电网提供需求响应的收入f
response
，满足：
[0085][0086]
其中，γ为响应需求信号的单位收入，e为共享电动汽车的电池的标称能量容量，d(i，j，l)为出发地共享电动汽车服务中心是否响应目的地共享电动汽车服务中心发出的需求信号的整数变量，当出发地共享电动汽车服务中心响应需求信号时，d(i，j，l)＝1，当出发地共享电动汽车服务中心没有响应或目的地共享电动汽车服务中心没有发出需求信号时，d(i，j，l)＝0，s(i，j)为第i个出发地共享电动汽车服务中心在时间段j内租给顾客的共享电动汽车的数目，soc
provided
为出发地共享电动汽车服务中心实际提供给顾客的电池荷电状态，soc
basic
为出发地共享电动汽车服务中心必须提供给顾客的基础电池荷电状态。
[0087]
对于d(i，j，l)为出发地共享电动汽车服务中心是否响应目的地共享电动汽车服务中心发出的需求信号的整数变量。当出发地共享电动汽车服务中心响应需求信号时，f
response
得到奖励，即d(i，j，l)＝1。当出发地共享电动汽车服务中心没有响应或目的地共享电动汽车服务中心没有发出需求信号时，f
response
不被奖励，即d(i，j，l)＝0。
[0088]
在本发明的一些实施例中，出发地共享电动汽车服务中心必须提供给顾客的基础电池荷电状态soc
basic
，满足：
[0089]
soc
basic
＝soc
consumed
+soc
min
；
[0090]
其中，soc
min
为防止共享电动汽车的电池过放电而设置的电池荷电状态最小值，soc
consumed
为顾客从出发地到目的地这段行程中所消耗的电池荷电状态的预测值。
[0091]
顾客从出发地到目的地这段行程中所消耗的电池荷电状态的预测值soc
consumed
满足：
[0092][0093]
其中，l
od
为从出发地到目的地的行驶里程，w
od
为单位距离消耗的能量，它根据道路水平、起伏等各种参数以及交通状况预测得出。
[0094]
对于出发地共享电动汽车服务中心，为了确定共享电动汽车到达时刻目的地共享电动汽车服务中心需求信号状态，它需要根据共享电动汽车的行驶里程和共享电动汽车的速度，来计算共享电动汽车的行驶时间t。行驶时间t满足：
[0095][0096]
其中，t为完成行程所需的时间，v为共享电动汽车的速度，v也通过车辆特性和道路状况预测得出。
[0097]
上述soc
basic
、soc
provided
满足以下约束条件。
[0098]
soc
basic
≤soc
provided
≤100％；
[0099]nhigh
≥σ*ntotal；
[0100]
其中，soc
provided
为出发地共享电动汽车服务中心实际提供给顾客的电池荷电状态，n
high
为电池荷电状态较高的共享电动汽车的数目，n
total
为共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的总数目，σ为电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比系数。
[0101]
请参阅图5所示，在本发明的一些实施例中，本发明还可提出一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制系统100，可包括获取单元110、计算单元120和控制单元130。其中，获取单元110用以获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并依此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个微电网对应一个共享电动汽车服务中心。
[0102]
计算单元120用以基于租车数据获取道路信息，根据道路信息、预测的用户行驶速度和行驶单位能耗，计算共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号。计算单元120还用以根据租车需求的历史数据，设置共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比。计算单元120还用以根据共享电动汽车的电池荷电状态、本地微电网的电网状态、目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、行程时间、需求电量和电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以建立的模型最大收益为目标函数进行计算。
[0103]
控制单元130根据计算单元的求解结果得到目标函数的最优值及其对应的控制变量值，以此控制所有共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。
[0104]
请参阅图6所示，本发明一实施例中计算机设备的一结构示意图。在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备200包括通过系统总线连接的处理器201、存储器202、网络接口204和数据库。其中，该计算机设备200的处理器201用于提供计算和控制能力。该计算机设备200的存储器202包括非易失性和/或易失性存储介质、内存储器203。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备200的网络接口用于与外部的客户端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种用于共享电动汽车和
微电网协同控制方法服务端侧的功能或步骤。
[0105]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备200，包括存储器202、处理器201及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器201执行计算机程序时实现用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法的步骤。
[0106]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法的步骤。
[0107]
需要说明的是，上述关于计算机可读存储介质或计算机设备所能实现的功能或步骤，可对应参阅前述方法实施例中，服务端侧以及客户端侧的相关描述，为避免重复，这里不再一一描述。
[0108]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0109]
本实施例的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统，可在matlab中使用遗传算法求解。仿真结果表明，所提出的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统是可行的，共享电动汽车服务中心通过该控制系统获得了收益，实现了不同微电网间的电力转移。
[0110]
综上所述，本发明提出一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统，在为顾客提供租车服务的同时，通过响应本地微电网需求及其他共享电动汽车服务中心的需求信号，最大化控制系统的收益，实现不同微电网间的电力转移。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0111]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并以此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个所述本地微电网对应一个所述共享电动汽车服务中心；基于所述租车数据获取道路信息，根据所述道路信息、预测用户行驶速度和行驶单位能耗，计算所述共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出所述共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号；根据租车需求的历史数据，设置所有所述共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比；根据所述共享电动汽车的电池荷电状态、所述本地微电网的电网状态、所述目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、所述行程时间、所述需求电量和所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立所述共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以所述协同优化调度模型的最大收益为目标函数；以及对建立的模型进行求解，得到所述目标函数的最优值及其对应的控制变量值，以此控制所有所述共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。2.根据权利要求1所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，所述共享电动汽车和所述本地微电网的协同优化调度模型的目标函数f
total
满足：f
total
＝f
local-f
degrade
+f
response
；其中，f
total
为共享电动汽车服务中心向本地微电网及目的地共享电动汽车服务中心提供需求响应的总收入，f
local
为共享电动汽车服务中心向本地微电网提供需求响应的收入，f
degrade
为共享电动汽车的电池的退化成本，f
response
为响应目的地共享电动汽车服务中心需求信号和向目的地微电网提供需求响应的收入。3.根据权利要求2所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，向所述本地微电网提供需求响应的收入f
local
满足：满足：满足：其中，α为共享电动汽车服务中心向本地微电网提供削峰填谷响应的单位收入，n为共享电动汽车服务中心的数目，m为时间段总数，t为一个时间段的持续时间，q(i,j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的数目，p1为电池荷电状态较低的共享电动汽车的充放电功率，p2为电池荷电状态中等的共享电动汽车的充放电功率，p3为电池荷电状态较高的共享电动汽车的充放电功率，a1(i,j,k)为电池荷电状态较低的共享电动汽车受到奖励或惩罚的整数变量，a2(i,j,k)为电池荷电状态中等的共享电动汽车受到的奖励
或惩罚的整数变量，a3(i,j,k)为电池荷电状态较高的共享电动汽车受到的奖励或惩罚的整数变量。4.根据权利要求2所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，所述共享电动汽车的电池的退化成本f
degrade
满足：其中，β为电池荷电状态中等、电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电提供削峰服务时的单位退化成本，在共享电动汽车服务中心内，n2(i,j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心的电池荷电状态中等的共享电动汽车的数目，n3(i,j)为时间段j内第i个共享电动汽车服务中心的电池荷电状态较高的共享电动汽车的数目，d2(i,j,h)和d3(i,j,z)为两个整数变量，当电池荷电状态中等或电池荷电状态较高的共享电动汽车向本地微电网放电时，将指标设置为d2(i,j,h)＝1或d3(i,j,z)＝1，否则，将指标设置为d2(i,j,h)＝0或d3(i,j,z)＝0。5.根据权利要求2所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，响应所述目的地共享电动汽车服务中心和向所述目的地微电网提供需求响应的收入f
response
满足：其中，γ为响应需求信号的单位收入，e为共享电动汽车的电池的标称能量容量，d(i,j,l)为出发地共享电动汽车服务中心是否响应目的地所述共享电动汽车服务中心发出的需求信号的整数变量，当出发地共享电动汽车服务中心响应需求信号时，d(i,j,l)＝1，当出发地共享电动汽车服务中心没有响应或目的地共享电动汽车服务中心没有发出需求信号时，d(i,j,l)＝0，s(i,j)为第i个出发地共享电动汽车服务中心在时间段j内租给顾客的共享电动汽车的数目，soc
provided
为出发地共享电动汽车服务中心实际提供给顾客的电池荷电状态，soc
basic
为出发地共享电动汽车服务中心必须提供给顾客的基础电池荷电状态。6.根据权利要求5所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，所述出发地共享电动汽车服务中心必须提供给顾客的基础电池荷电状态soc
basic
满足：soc
basic
＝soc
consumed
+soc
min
；其中，soc
min
为防止共享电动汽车的电池过放电而设置的电池荷电状态的最小值，soc
consumed
为顾客从出发地到目的地这段行程中所消耗的电池荷电状态的预测值。7.根据权利要求6所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，soc
provided
满足的约束条件为：soc
basic
≤soc
provided
≤100％。8.根据权利要求1所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比约束条件满足：n
high
≥σ*n
total
；其中，n
high
为电池荷电状态较高的共享电动汽车的数目，n
total
为共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的数目，σ为电池荷电状态较高的共享电动汽车设置的占比系数。9.根据权利要求6所述的用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法，其特征在于，顾
客从出发地到目的地这段行程中所消耗的电池荷电状态的预测值soc
consumed
满足：其中，l
od
为从出发地到目的地的行驶里程，w
od
为单位距离消耗的能量，w
od
根据道路水平、起伏等各种参数以及交通状况预测得出。10.一种用于共享电动汽车和微电网的协同控制系统，其特征在于，包括：获取单元，用以获取租车数据、本地微电网的电网状态和共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的电池荷电状态，预测未来时间本地微电网的电网状态，并以此生成本地共享电动汽车服务中心的需求信号，其中，每个所述本地微电网对应一个所述共享电动汽车服务中心；计算单元，用以基于所述租车数据获取道路信息，根据所述道路信息、预测用户行驶速度和行驶单位能耗，计算所述共享电动汽车从出发地到目的地的行程时间和需求电量，并得出所述共享电动汽车到达目的地的时刻，收集到达时刻目的地共享电动汽车服务中心的需求信号，还用以根据租车需求的历史数据，设置所有所述共享电动汽车服务中心中电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，还用以根据所述共享电动汽车的电池荷电状态、所述本地微电网的电网状态、所述目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、所述行程时间、所述需求电量和所述电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立所述共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型，并以建立的模型最大收益为目标函数进行求解；以及控制单元，根据所述计算单元的求解结果得到所述目标函数的最优值及其对应的控制变量值，以此控制所有所述共享电动汽车服务中心中共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。

技术总结
本发明属于车网融合技术领域，具体涉及用于共享电动汽车和微电网的协同控制方法及控制系统。协同控制方法包括以下步骤：根据共享电动汽车的电池荷电状态、本地微电网的电网状态、目的地共享电动汽车服务中心的需求信号、共享电动汽车行程时间和需求电量、电池荷电状态较高的共享电动汽车的占比，建立共享电动汽车和微电网的协同优化调度模型；对建立的模型进行求解，得到目标函数的最优值及其对应的控制变量值，以此控制所有共享电动汽车的充放电并分配共享电动汽车。本发明可最大化控制系统的收益，实现不同微电网间的电力转移。实现不同微电网间的电力转移。实现不同微电网间的电力转移。


技术研发人员：杨恒昭 王维
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/10/11