一种电力-交通系统协同优化规划方法

1.本发明涉及电力规划技术领域，尤其是一种电力-交通系统协同优化规划方法。


背景技术：

2.现代社会中，电力系统无处不在，渗透于各个领域，在交通系统中，交通枢纽、交通路口以及交通服务站往往在不同的时段会遇到供电紧张的问题或者风险，为了供电安全以及保电目标，急需一种更加高效的方法，解决电力系统和交通系统之间协同性较差，同步性不高的问题。
3.在中国专利文献上公开的“一种基于交通流量的充电站与配电网协调规划方法”，其公开号为cn110059869b，涉及电动汽车技术领域，具体公开了一种基于交通流量的充电站与配电网协调规划方法，其中，所述基于交通流量的充电站与配电网协调规划方法包括：根据交通流量计算电动汽车充电需求；根据电动汽车充电需求形成充电站与配电网协调规划模型；求解充电站与配电网协调规划模型中的最小目标函数，得到充电站与配电网协调规划方案。但是该专利仅仅依据交通流量进行协调规划，并没有考虑其他影响因素。


技术实现要素：

4.本发明解决了现有的电力系统与交通系统之间协同性较差以及同步性不高的问题，提出一种电力-交通系统协同优化规划方法，通过获取和分析电力网和公路网中的信息，得到最佳的公路网规划方案，且公路网协同电力网进行高效供电，保证电力系统与交通系统之间的相互协同，具有良好的同步性。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电力-交通系统协同优化规划方法，包括以下步骤：s1，获取电力网的分布信息，并调取出公路网中电动车的种类和各自的分布特征信息；s2，根据电力网的分布信息生成电力位置地图，根据电动车分布特征信息获取电动车充电需求；s3，结合公路网流量信息和电动车充电需求，确定充电桩以及新建储能站的位置；s4，对储能站位置附近公路网的主要用电目标实行用电调控策略，协同电力网进行高效供电。
7.本发明中，首先分别获取电力网和公路网中的相关信息，其中，公路网为交通网的典型代表；通过上述的电力网生成电力位置地图，并根据电动车分布特征信息得到各种类的电动车的充电需求特征；随后，通过轨迹频率图以及权重图的结合求出充电桩的位置，并根据充电桩的位置求出新建储能站的位置，以满足公路网的需求；最后，公路网的储能站对附近范围内的主要用电目标进行用电调控，进一步协同电力网进行供电，完成保电目标，保证公路网主要用电目标的供电安全。
6.作为优选，所述步骤s1包括以下步骤：
s11，通过电网调度平台获取关于电力节点、储能站以及新能源发电设备的位置以及规格信息；s12，通过交通服务平台以及交通注册平台获取现有的注册电动车数量以及种类，并通过询问式信息网获取电动车的分布特征信息；s13，生成基于电力网和公路网的耦合平台，存储有可随时调用的电力网的分布信息以及电动车的种类和分布特征信息。
7.本发明中，电力网通过电网调度平台获取位置以及规格信息，公路网通过交通服务平台和交通注册平台获取电动车的数量以及种类信息，通过询问的方式获取电动车的分布特征；基于电力网和公路网的上述信息生成耦合平台，可随时调用耦合平台内的信息，方便后续的协同优化。
8.作为优选，所述步骤s2包括以下步骤：s21，以电力网中各个电力节点为基准，配套有储能站以及新能源发电设备生成电力位置地图；s22，获取公路网地图，并对公路网地图中的无关路径进行剔除，并生成若干个重要交通节点；s23，根据各重要交通节点生成权重图，权重图中各重要交通节点之间的直线距离表示为路径，边上的权重值表示路径的距离，交通运输的时间或者成本；s24，根据电动车分布特征信息，得到各种类电动车的行为特征和充电需求特征。
9.本发明中，首先建立电力位置地图；随后剔除公路网地图中的无关路径，本发明中的无关路径为除最短路径之外的其他路径；通过多个重要交通节点生成相应的权重图；同时获取电动车的行为特征以及充电需求特征，以备后续充电桩位置的确定。
10.作为优选，所述步骤s3包括以下步骤：s31，根据电动车充电需求和公路网流量信息，统计获取各种类电动车的轨迹频率图；s32，选取该轨迹频率图中轨迹频率最高的若干个点，并结合权重图中重要交通节点的位置分布，选择充电桩的位置；s33，确定需要新建储能站的个数以及新建储能站需供给的充电桩个数，结合充电桩的位置分布信息，以新建储能站的位置点至供给的各个充电桩的距离的方差最小为原则，最终确定新建储能站的位置 。
11.本发明中，若轨迹频率图中的点与重要交通节点重合，则选择该重要交通节点为充电桩的位置；若轨迹频率图中的点不与重要交通节点重合，则选择离该轨迹频率图中的点最近的重要交通节点作为充电桩的位置。
12.作为优选，所述用电调控策略具体为：获取每个储能站位置附近的主要用电目标，所述主要用电目标包括公路交通枢纽站、各交通路口以及公路信息服务站，在公路交通车辆高峰时段时，储能站依据优先级顺序为主要用电目标供电。
13.本发明中，用电调控策略主要适用于一个或者多个主要用电目标在公路交通车辆高峰时段的调控。
14.作为优选，所述优先级顺序为：根据主要用电目标的历史用电负荷量来预测下一个公路交通车辆高峰时段以及对应的用电负荷量，在主要用电目标的公路交通车辆高峰时
段不同的情况下，储能站沿着路径分别进行供电；在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段相同的情况下，储能站根据路径长短进行供电。
15.本发明中，优先级顺序主要以主要用电目标是否处于公路交通车辆高峰时段为第一优先级，在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段相同的情况下，则以储能站离主要用电目标的路径为第二优先级，路径越短，其优先级越高。
16.作为优选，所述充电桩与对应的新建储能站通过信息网连接，所述信息网包括5g基站，所述5g基站连接有云计算平台，所述云计算平台连接有服务器；所述充电桩由电力网供电，在充电桩处于空闲状态时，将电力网供应的电能存储至对应的新建储能站。
17.本发明中，充电桩与储能站之间的信息交互通过信息网完成；充电桩的电能直接由电力网进行供应，并通过变压器等一系列处理输出至需要充电的电动车，在充电桩处于空闲状态时，充电桩能够将电力网供应的电能存至附近对应的新建储能站，充电桩可分为空闲状态、平衡状态以及忙碌状态，每个状态以各自的阈值进行区分。
18.作为优选，所述电动车主要包括电动私家车、电动公交车以及出租车，所述电动私家车的充电需求特征主要为家庭和工作地充电；所述电动公交车的充电需求特征为交通空闲时段或者夜间充电。
19.本发明中，将不同种类的电动车的充电需求特征作为影响因素，保证充电桩以及新建储能站确定的位置的最优性。
20.本发明的有益效果是：本发明的一种电力-交通系统协同优化规划方法，通过获取和分析电力网和公路网中的信息，得到最佳的公路网规划方案，且公路网协同电力网进行高效供电，保证电力系统与交通系统之间的相互协同，具有良好的同步性。
附图说明
21.图1是本发明一种电力-交通系统协同优化规划方法的流程图。
具体实施方式
22.实施例1：本实施例提出一种电力-交通系统协同优化规划方法，参考图1，包括以下多个步骤。
23.步骤s1，获取电力网的分布信息，并调取出公路网中电动车的种类和各自的分布特征信息；具体的，该步骤包括以下的子步骤。
24.步骤s11，通过电网调度平台获取关于电力节点、储能站以及新能源发电设备的位置以及规格信息；本实施例中，电网调度平台为现有技术，在此不再赘述；电力节点、储能站以及新能源发电设备的位置能够根据实际情况进行微调，规格信息能够校验在区域范围内的电网供电情况。
25.步骤s12，通过交通服务平台以及交通注册平台获取现有的注册电动车数量以及种类，并通过询问式信息网获取电动车的分布特征信息；本实施例中，交通服务平台以及交通注册平台为现有技术，所涉及的电动车均为已注册的电动车，对于未注册的电动车不予考虑；在获取电动车的分布特征信息时，需为电动车拥有者进行询问，保证电动车拥有者的合法权益。
26.步骤s13，生成基于电力网和公路网的耦合平台，存储有可随时调用的电力网的分布信息以及电动车的种类和分布特征信息。本实施例中，该耦合平台能够存储于单独的控制中心中，也可以存储于多个分控制中心。
27.步骤s2，根据电力网的分布信息生成电力位置地图，根据电动车分布特征信息获取电动车充电需求；具体的，该步骤包括以下多个子步骤。
28.步骤s21，以电力网中各个电力节点为基准，配套有储能站以及新能源发电设备生成电力位置地图；本实施例中，电力位置地图中的储能站以及新能源发电设备的位置信息均以各个电力节点为基准，便于计算和分析。
29.步骤s22，获取公路网地图，并对公路网地图中的无关路径进行剔除，并生成若干个重要交通节点；本实施例中，重要交通节点包括路口、交通枢纽站以及其他重点节点，在此不一一列举。
30.步骤s23，根据各重要交通节点生成权重图，权重图中各重要交通节点之间的直线距离表示为路径，边上的权重值表示路径的距离，交通运输的时间或者成本；本实施例中，边上的权重值大部分时候均表示为路径的距离，在需要研究交通运输的成本时，可将权重值表示为交通运输的时间或者成本。
31.步骤s24，根据电动车分布特征信息，得到各种类电动车的行为特征和充电需求特征。
32.电动车主要包括电动私家车、电动公交车以及出租车，电动私家车的充电需求特征主要为家庭和工作地充电；电动公交车的充电需求特征为交通空闲时段或者夜间充电；此外，出租车的充电需求特征灵活性强，补电次数多。
33.本实施例中，对于各种类电动车的行为特征，在此进行详述，对于电动私家车，其行为特征为通勤需求，日均里程一般较短；对于电动公交车的行为特征，其日均里程一般为固定的，严格按照线路和时刻表进行出行；对于出租车，其行为特征一般不固定，基本上24小时均有运行，早高峰和晚高峰居多。
34.步骤s3，结合公路网流量信息和电动车充电需求，确定充电桩以及新建储能站的位置；具体的，包括以下子步骤。
35.步骤s31，根据电动车充电需求和公路网流量信息，统计获取各种类电动车的轨迹频率图；本实施例中，轨迹频率图能够看出各种类电动车具体在哪一时段的某一处或者多处轨迹频率。
36.步骤s32，选取该轨迹频率图中轨迹频率最高的若干个点，并结合权重图中重要交通节点的位置分布，选择充电桩的位置； 具体的，若轨迹频率图中的点与重要交通节点重合，则选择该重要交通节点为充电桩的位置；若轨迹频率图中的点不与重要交通节点重合，则选择离该轨迹频率图中的点最近的重要交通节点作为充电桩的位置。
37.步骤s33，确定需要新建储能站的个数以及新建储能站需供给的充电桩个数，结合充电桩的位置分布信息，以新建储能站的位置点至供给的各个充电桩的距离的方差最小为原则，最终确定新建储能站的位置 ；本实施例中，以方差最小进行计算，确定新建储能站的位置，保证储能站的合理布置。
38.充电桩与对应的新建储能站通过信息网连接，信息网包括5g基站， 5g基站连接有云计算平台，云计算平台连接有服务器；充电桩由电力网供电，在充电桩处于空闲状态时，
将电力网供应的电能存储至对应的新建储能站。本实施例中，充电桩与储能站之间的信息交互通过信息网完成；充电桩的电能直接由电力网进行供应，并通过变压器等一系列处理输出至需要充电的电动车，在充电桩处于空闲状态时，充电桩能够将电力网供应的电能存至附近对应的新建储能站，充电桩可分为空闲状态、平衡状态以及忙碌状态，每个状态以各自的阈值进行区分。
39.步骤s4，对储能站位置附近公路网的主要用电目标实行用电调控策略，协同电力网进行高效供电；具体的，优先级顺序为：根据主要用电目标的历史用电负荷量来预测下一个公路交通车辆高峰时段以及对应的用电负荷量，在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段不同的情况下，储能站沿着路径分别进行供电；在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段相同的情况下，储能站根据路径长短进行供电；本实施例中，优先级顺序主要以主要用电目标是否处于公路交通车辆高峰时段为第一优先级，在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段相同的情况下，则以储能站离主要用电目标的路径为第二优先级，路径越短，其优先级越高；本发明的优先级顺序严格按照上述标准执行，若某一主要用电目标发生故障，则其他主要用电目标不受影响。
40.对于本发明的具体过程，首先分别获取电力网和公路网中的相关信息，其中，公路网为交通网的典型代表；通过上述的电力网生成电力位置地图，并根据电动车分布特征信息得到各种类的电动车的充电需求特征；随后，通过轨迹频率图以及权重图的结合求出充电桩的位置，并根据充电桩的位置求出新建储能站的位置，以满足公路网的需求；最后，公路网的储能站对附近范围内的主要用电目标进行用电调控，进一步协同电力网进行供电，完成保电目标，保证公路网主要用电目标的供电安全。
41.本实施例中，电力网通过电网调度平台获取位置以及规格信息，公路网通过交通服务平台和交通注册平台获取电动车的数量以及种类信息，通过询问的方式获取电动车的分布特征；基于电力网和公路网的上述信息生成耦合平台，可随时调用耦合平台内的信息，方便后续的协同优化。
42.本实施例中，首先建立电力位置地图；随后剔除公路网地图中的无关路径，本发明中的无关路径为除最短路径之外的其他路径；通过多个重要交通节点生成相应的权重图；同时获取电动车的行为特征以及充电需求特征，以备后续充电桩位置的确定。
43.本实施例中，用电调控策略主要适用于一个或者多个主要用电目标在公路交通车辆高峰时段的调控。
44.本实施例中，将不同种类的电动车的充电需求特征作为影响因素，保证充电桩以及新建储能站确定的位置的最优性。
45.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，获取电力网的分布信息，并调取出公路网中电动车的种类和各自的分布特征信息；s2，根据电力网的分布信息生成电力位置地图，根据电动车分布特征信息获取电动车充电需求；s3，结合公路网流量信息和电动车充电需求，确定充电桩以及新建储能站的位置；s4，对储能站位置附近公路网的主要用电目标实行用电调控策略，协同电力网进行高效供电。2.根据权利要求1述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下步骤：s11，通过电网调度平台获取关于电力节点、储能站以及新能源发电设备的位置以及规格信息；s12，通过交通服务平台以及交通注册平台获取现有的注册电动车数量以及种类，并通过询问式信息网获取电动车的分布特征信息；s13，生成基于电力网和公路网的耦合平台，存储有可随时调用的电力网的分布信息以及电动车的种类和分布特征信息。3.根据权利要求1或2所述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下步骤：s21，以电力网中各个电力节点为基准，配套有储能站以及新能源发电设备生成电力位置地图；s22，获取公路网地图，并对公路网地图中的无关路径进行剔除，并生成若干个重要交通节点；s23，根据各重要交通节点生成权重图，权重图中各重要交通节点之间的直线距离表示为路径，边上的权重值表示路径的距离，交通运输的时间或者成本；s24，根据电动车分布特征信息，得到各种类电动车的行为特征和充电需求特征。4.根据权利要求3所述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：s31，根据电动车充电需求和公路网流量信息，统计获取各种类电动车的轨迹频率图；s32，选取该轨迹频率图中轨迹频率最高的若干个点，并结合权重图中重要交通节点的位置分布，选择充电桩的位置；s33，确定需要新建储能站的个数以及新建储能站需供给的充电桩个数，结合充电桩的位置分布信息，以新建储能站的位置点至供给的各个充电桩的距离的方差最小为原则，最终确定新建储能站的位置 。5.根据权利要求1或2所述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述用电调控策略具体为：获取每个储能站位置附近的主要用电目标，所述主要用电目标包括公路交通枢纽站、各交通路口以及公路信息服务站，在公路交通车辆高峰时段时，储能站依据优先级顺序为主要用电目标供电。6.根据权利要求5所述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述优先级顺序为：根据主要用电目标的历史用电负荷量来预测下一个公路交通车辆高峰时段以及对应的用电负荷量，在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段不同的情况下，储能站沿
着路径分别进行供电；在主要用电目标的公路交通车辆高峰时段相同的情况下，储能站根据路径长短进行供电。7.根据权利要求4所述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述充电桩与对应的新建储能站通过信息网连接，所述信息网包括5g基站，所述5g基站连接有云计算平台，所述云计算平台连接有服务器；所述充电桩由电力网供电，在充电桩处于空闲状态时，将电力网供应的电能存储至对应的新建储能站。8.根据权利要求3所述的一种电力-交通系统协同优化规划方法，其特征在于，所述电动车主要包括电动私家车、电动公交车以及出租车，所述电动私家车的充电需求特征主要为家庭和工作地充电；所述电动公交车的充电需求特征为交通空闲时段或者夜间充电。

技术总结
本发明涉及一种电力-交通系统协同优化规划方法，包括以下步骤：S1，获取电力网的分布信息，并调取出公路网中电动车的种类和各自的分布特征信息；S2，根据电力网的分布信息生成电力位置地图，根据电动车分布特征信息获取电动车充电需求；S3，结合公路网流量信息和电动车充电需求，确定充电桩以及新建储能站的位置；S4，对储能站位置附近公路网的主要用电目标实行用电调控策略，协同电力网进行高效供电。解决了现有的电力系统与交通系统之间协同性较差以及同步性不高的问题，本发明通过获取和分析电力网和公路网中的信息，得到最佳的公路网规划方案，且公路网协同电力网进行高效供电，保证电力系统与交通系统之间的相互协同，有良好的同步性。好的同步性。好的同步性。


技术研发人员：屠晓栋 周旻 高博 钱伟杰 胡泽春 张宁 刘维亮 林今 金祝飞 魏韡 赵彦旻 张冲标 陈金威 时珊珊 李相俊 王凯丰
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/7/21