劉輝勇,袁 攀,魏 眾,胡 勇
(許繼電源有限公司,許昌461000)
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給時間,對電池的充放電進行優(yōu)化控制以有效提高電池的使用壽命.另外,當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)則進行分組,可以繼續(xù)作為儲能電池,進行梯次利用,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需求相適應的電池儲量,就必須對于電池的分布進行平衡,如何合理的進行電池調(diào)配的決策和實施,尤其是相關(guān)的電池分布信息的實時采集和車輛調(diào)度的實施,對于系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)至關(guān)重要,這個問題也是目前的一個研究熱點.本文在實際應用研究的基礎上,對電動汽車智能充電服務網(wǎng)絡的一體化調(diào)度和管理系統(tǒng)進行了深入的分析.
電動汽車充換電服務網(wǎng)絡一體化調(diào)度是將電池作為服務資源從全局角度統(tǒng)一規(guī)劃和調(diào)配,以物流費用和充電費用最小為目的,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)設計如圖1所示.
圖1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)設計圖
在本系統(tǒng)中涉及比較復雜的調(diào)度執(zhí)行任務,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)測集中充電負荷執(zhí)行情況以及與全網(wǎng)絡汽車動力服務的關(guān)聯(lián)特性等,還可以實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.
該服務網(wǎng)絡一體化調(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,以及各站充電能力指標,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)正常運行的約束條件,設計電池物流調(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,以達到全系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的目標.
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)建立小型配送站實現(xiàn)簡單換電功能.集中充電站主要與大型配送站進行交互,大型配送站再向小型配送站輻射.當然,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公司進行管理,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行計劃,市與市之間的臨時調(diào)配由省電動汽車服務公司進行管理.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.
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公司進行管理,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公司進行管理.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,由省電動汽車服務公司下達調(diào)配指令.
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行充電,一方面為滿足電動汽車運營服務,一方面通過系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度達到有序充電、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)中的實時監(jiān)測功能就顯得尤為重要.
本系統(tǒng)采用三層架構(gòu)模式進行設計,整個業(yè)務應用劃分為表示層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層,以保證系統(tǒng)的可靠性和易維護性.本系統(tǒng)的層次劃分圖和網(wǎng)絡部署圖分別如圖3和圖4所示.
圖3 系統(tǒng)層次設計圖
同時,本系統(tǒng)為基于B/S模式的業(yè)務應用系統(tǒng),系統(tǒng)的核心代碼都部署在服務器上,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)的主程序進行維護或者升級時,只需要對服務器端進行更新就即可.
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)絡部署圖
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網(wǎng)絡的一體化調(diào)度管理技術(shù)進行了研究,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時調(diào)度.
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