经济效益。一种电动公交车动态无线充电系统配置方法、系统及设备中，该配置方法先计算电动公交车在各条道路上各个路段的平均停留时间，然后将计算结果输入至动态无线充电系统优化配置模型求解得到动态无线充电系统配置方案，该配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度，该优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束。本发明从尽量增大电动公交车(56)对比文件Fangzhou Xia等.Market-BasedCoordinated Planning of Fast ChargingStation and Dynamic Wireless ChargingSystem Considering Energy DemandAssignment.IEEE TRANSACTIONS ON SMARTGRID.2023,第1-13页.Fangzhou Xia等.Optimal planning ofphotovoltaic-storage fast chargingstation considering electric vehiclecharging demand response.2022 The 5thInternational Conference on RenewableEnergy and Environment Engineering(REEE2022).2022,第399-412页.Fangzhou Xia等.Distributed ExpansionPlanning of Electric Vehicle DynamicWireless Charging System in CoupledPower-Traffic Networks.IEEE TRANSACTIONSON SMART GRID.2021,第3326-3338页.
1.一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，其特征在于：
步骤A、计算得到电动公交车在道路上各个路段的平均停留时间；
步骤B、将步骤A得到的计算结果输入至预先构建的动态无线充电系统优化配置模型求解得到动态无线充电系统配置方案，其中，所述动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束，所述动态无线充电系统配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度；
所述步骤B中，动态无线充电系统优化配置模型的目标函数为：
max F＝I‑CR‑α(1+α) CD/[(1+α) ‑1]；
上式中，I为动态无线充电服务的收入；CR为动态无线充电系统的运营成本；CD为动态无线充电系统的配置成本；α为贴现率；γ为动态无线充电系统的运行寿命，单位为年；TD为一年中典型日的数量；Ek，t为道路k上的电动公交车在t时刻通过动态无线充电系统补充的电能；PRS为动态无线充电服务的单位价格；dxk、dyk分别为道路k上配置的动态无线充电系统的起点、终点；TO为一个典型日内动态无线充电系统的运营时长；PRO为动态无线充电系统的单位运营成本；PRDW为动态无线充电系统的单位配置成本；
所述步骤B中，动态无线充电系统约束包括电动公交车在道路路段的平均停留时间约束、电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束、电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束、动态无线充电系统长度约束、动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束、动态无线充电服务的覆盖率约束；
其中，所述电动公交车在道路路段的平均停留时间约束：
上式中，tak，dm为电动公交车在dm处的平均停留时间；vak，dm、nak，dm分别为电动公交车在dm处的累计速度、累计数量；Δd为动态无线充电系统的单位铺设长度；
所述电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束：上式中，nbk，t为道路k上t时刻可进行动态无线充电的电动公交车的数量；PDW为动态无线充电的额定输出功率；
上式中，MDk表示道路k上是否配置动态无线充电系统的决策变量，若为1，则在道路k上配置动态无线充电系统，否则不配置；δM为大M变量；
上式中，κa、κl分别为动态无线充电系统的配置道路数量、总长度上限；
上式中，σd为动态无线充电系统对于电动公交车交通流的覆盖率下限；nt为一个典型日内整个交通网中电动公交车的总流量。
2.根据权利要求1所述的一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，其特征在于：所述步骤B中，所述动态无线充电系统优化配置模型还包括配电网约束，所述配电网约束包括配电变压器的负载率约束、配电网线路潮流约束、配电网节点电压约束；
上式中，ηt，e为t时刻在配电网节点e处动态无线充电负荷接入的配电变压器负载率；εke为配电网节点e与道路k的耦合关系矩阵；λD为动态无线充电的能量传输效率；θD为动态无线充电的功率因数角； 为t时刻在配电网节点e处接入配电变压器的基础负荷； 为配电网节点e处的配电变压器的额定视在功率；ηm、ηM分别为配电变压器的负载率下限、上限；
上式中， 为与配电网节点e相连的配电网线路w上的视在功率；Sm为配电网线路的视在功率上限；
上式中， 分别为配电网线路w的电阻、电抗；ΔUt，w为配电网线路w在t时刻的电压降；Ut，a、Ut，b、Ut，e分别为配电网节点a、节点b、节点e在t时刻的母线电压；UN为配电网母线额定电压；Um、UM分别为配电网母线电压的上限、下限。
3.根据权利要求2所述的一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，其特征在于：所述步骤A中，电动公交车在道路上各个路段的平均停留时间的计算方法包括：步骤1、初始化道路车辆动态分布模型的参数，按照电动公交车和非电动公交车的比例随机生成道路中初始的队列Qt；其中，所述参数包括道路长度L、道路限速vM、车站距离道路起点的距离LS、进入道路的所有车辆中电动公交车的占比ωv、非电动公交车变道的可能性ωc；所述队列Qt表示t时刻在道路中行驶的所有车辆形成的队列，队列Qt中车辆n的信息用结构体Ct，n表示，所述结构体Ct，n包括t时刻的车辆行驶速度vt，n、车辆位置dt，n、道路选择变量λt，n、电动公交车的行驶状态变量 所述车辆位置是指电动公交车距离道路起点的距离，所述道路选择变量λt，n是指车辆是否在t时刻变道离开道路，所述电动公交车的行驶状态变量 是指电动公交车未到达车站、在车站停靠或驶离车站；
步骤2、根据车辆行驶速度不超过道路限速约束、车辆位置不超过道路长度约束，更新队列Qt及所有结构体Ct，n；
步骤3、提取更新后的队列Qt中的结构体Ct，n，并判断所提取结构体Ct，n对应的车辆类型，若车辆类型为非电动公交车，则进入步骤4a，若车辆类型为电动公交车，则进入步骤4b；
步骤4a、根据非电动公交车变道的可能性ωc生成道路选择变量λt，n，并判断生成的道路选择变量λt，n是否为选择变道，若选择变道，则进入步骤5a，否则进入步骤5b；
步骤4b、判定电动公交车行驶状态变量 是电动公交车未到达车站、在车站停靠还是驶离车站，若是未到达车站，则进入步骤5c，若是在车站停靠，则进入步骤5d，若是驶离车站，则进入步骤5e；
步骤5a、从队列Qt中剔除结构体Ct，n，进入步骤6；
步骤5b、计算车辆位置，并判断是否t+1时刻的车辆位置大于或等于道路终点位置，若是，则从队列Qt中剔除结构体Ct，n后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
步骤5c、计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6；
步骤5d、计算在车站停靠状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6；
步骤5e、计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，并判断是否t+1时刻的车辆位置大于或等于道路终点位置，若是，则从队列Qt中剔除结构体Ct，n后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
步骤6、判断是否更新后的队列Qt中所有结构体Ct，n都提取完成，若是，则进入步骤7，否则返回步骤3；
步骤7、根据进入道路的所有车辆中电动公交车的占比ωv生成t时刻进入道路车辆的决策变量i，并判断生成的t时刻进入道路车辆的决策变量i是1、2还是3，若是1，则表示t时刻出现在道路入口处的车辆为非电动公交车，进入步骤8a，若是2，则表示t时刻出现在道路入口处的车辆为电动公交车进入步骤8b，若是3，则表示无车辆进入道路，进入步骤8c；
步骤8a、生成t时刻出现在道路入口处的非电动公交车所对应的结构体，进入步骤9；
步骤8b、生成t时刻出现在道路入口处的电动公交车所对应的结构体，进入步骤9；
步骤9、判断t是否达到预设时刻tx，若是则结束计算，并输出电动公交车在各路段的累计速度、累计数量，根据各路段的累计速度、累计数量计算得到平均停留时间，若不是则t完成自加操作后返回步骤2。
4.根据权利要求3所述的一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，其特征在于：所述步骤5b中，根据以下公式计算车辆位置：
上式中，bt，n为在t时刻车辆n与车辆n‑1的距离；dt，n、dt+1，n分别为t时刻、t+1时刻的车辆n位置；dt，n‑1为t时刻的车辆n‑1位置；Δdt，n为t时刻车辆n移动的距离；vt，n‑1分别为t时刻车辆n‑1的速度。
5.根据权利要求4所述的一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，其特征在于：所述步骤5c中，根据以下公式计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：上式中，LC为车站位置；va(dt，n：dt+1，n)、na(dt，n：dt+1，n)分别为电动公交车在路段dt，n～dt+1，n之间的累计速度、累计数量；+＝表示复合赋值运算符；St，n表示t时刻车辆n距离车站的距离；vt，n为电动公交车在dt，n～dt+1，n之间的平均行驶速度；
所述步骤5d中，所述车辆行驶速度保持不变，根据以下公式计算车站停靠状态下的车辆位置：vt，n＝0；
所述步骤5e中，根据以下公式计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：
6.一种电动公交车动态无线充电系统配置系统，其特征在于：
所述停留时间计算模块用于计算得到电动公交车在道路上各个路段的平均停留时间并将计算结果输入至优化配置模块；
所述优化配置模块用于构建动态无线充电系统优化配置模型，将计算结果输入至动态无线充电系统优化配置模型中进行仿真计算得到动态无线充电系统配置方案，所述动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束，所述动态无线充电系统配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度；
所述优化配置模块用于构建如下动态无线充电系统优化配置模型：目标函数：
max F＝I‑CR‑α(1+α) CD/[(1+α) ‑1]；
上式中，I为动态无线充电服务的收入；CR为动态无线充电系统的运营成本；CD为动态无线充电系统的配置成本；α为贴现率；γ为动态无线充电系统的运行寿命，单位为年；TD为一年中典型日的数量；Ek，t为道路k上的电动公交车在t时刻通过动态无线充电系统补充的电能；PRS为动态无线充电服务的单位价格；dxk、dyk分别为道路k上配置的动态无线充电系统的起点、终点；TO为一个典型日内动态无线充电系统的运营时长；PRO为动态无线充电系统的单位运营成本；PRDW为动态无线充电系统的单位配置成本；
约束条件包括：电动公交车在道路路段的平均停留时间约束、电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束、电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束、动态无线充电系统长度约束、动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束、动态无线充电服务的覆盖率约束；
上式中，tak，dm为电动公交车在dm处的平均停留时间；vak，dm、nak，dm分别为电动公交车在dm处的累计速度、累计数量；Δd为动态无线充电系统的单位铺设长度；
所述电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束：上式中，nbk，t为道路k上t时刻可进行动态无线充电的电动公交车的数量；PDW为动态无线充电的额定输出功率；
上式中，MDk表示道路k上是否配置动态无线充电系统的决策变量，若为1，则在道路k上配置动态无线充电系统，否则不配置；δM为大M变量；
上式中，κa、κl分别为动态无线充电系统的配置道路数量、总长度上限；
上式中，σd为动态无线充电系统对于电动公交车交通流的覆盖率下限；nt为一个典型日内整个交通网中电动公交车的总流量。
7.一种电动公交车动态无线充电系统配置设备，其特征在于：
所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1‑5任一项所述的电动公交车动态无线充电系统配置方法。
一种电动公交车动态无线充电系统配置方法、系统及设备
技术领域
[0001] 本发明属于电力‑交通耦合网规划与运行技术领域，具体涉及一种电动公交车动态无线充电系统配置方法、系统及设备。
背景技术
[0002] 目前电动公交车主要采用传统的有线充电方式进行补能，这种方式要求电动公交车较长时间的停靠，这降低了其使用效率。同时，也有研究提出采用静态无线充电作为有线充电的补充，即通过在电动公交车站点处不止静态无线充电系统，在电动公交车停靠期间进行补电，达到增程的效果，降低电动公交车对于有线充电的依赖。可是静态无线充电仅能在电动公交车静止停靠时充电，其充电窗口较短，增程效果有限，而动态无线充电系统可以很大程度上改善上述问题，它允许电动公交车在相对较低的行驶速度下进行途中补电，这大大增加了无线充电的时间窗口，提高了增程的效果。然而动态无线充电系统的配置成本较高，因此选择在何处铺设、铺设多长的动态无线充电系统，才能最大限度的提高动态无线充电系统的经济效益，成为目前亟需解决的问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种考虑到电动公交车在车道中的交通分布，能够最大化动态无线充电系统使用率以及经济效益的电动公交车动态无线充电系统配置方法、系统及设备。
[0004] 为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
[0005] 一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，所述配置方法包括：
[0006] 步骤A、计算得到电动公交车在各条道路上各个路段的平均停留时间；
[0007] 步骤B、将步骤A得到的计算结果输入至预先构建的动态无线充电系统优化配置模型求解得到动态无线充电系统配置方案，其中，所述动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束，所述动态无线充电系统配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度。
[0008] 所述步骤B中，动态无线充电系统优化配置模型的目标函数为：
[0009] ；
[0010] ；
[0011] ；
[0012] ；
[0013] 上式中，为动态无线充电服务的收入； 为动态无线充电系统的运营成本；为动态无线充电系统的配置成本； 为贴现率； 为动态无线充电系统的运行寿命，单位为年； 为一年中典型日的数量； 为道路 上的电动公交车在 时刻通过动态无线充电系统补充的电能； 为动态无线充电服务的单位价格； 、 分别为道路 上配置的动态无线充电系统的起点、终点； 为一个典型日内动态无线充电系统的运营时长；
为动态无线充电系统的单位运营成本； 为动态无线充电系统的单位配置成本。
[0014] 所述步骤B中，动态无线充电系统约束包括电动公交车在道路路段的平均停留时间约束、电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束、电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束、动态无线充电系统长度约束、动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束、动态无线充电服务的覆盖率约束；
[0015] 其中，所述电动公交车在道路路段的平均停留时间约束：
[0016] ；
[0017] 上式中， 为电动公交车在 处的平均停留时间； 、 分别为电动公交车在 处的累计速度、累计数量； 为动态无线充电系统的单位铺设长度；
[0018] 所述电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束：
[0019] ；
[0020] 上式中， 为道路 上 时刻可进行动态无线充电的电动公交车的数量；为动态无线充电的额定输出功率；
[0021] 所述电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束：
[0022] ；
[0023] 上式中， 表示道路 上是否配置动态无线充电系统的决策变量，若为1，则在道路 上配置动态无线充电系统，否则不配置； 为大 变量；
[0024] 所述动态无线充电系统长度约束：
[0025] ；
[0026] 所述动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束：
[0027] ；
[0028] ；
[0029] 上式中， 、 分别为动态无线充电系统的配置道路数量、总长度上限；
[0030] 所述动态无线充电服务的覆盖率约束：
[0031] ；
[0032] 上式中， 为动态无线充电系统对于电动公交车交通流的覆盖率下限； 为一个典型日内整个交通网中电动公交车的总流量。
[0033] 所述步骤B中，所述动态无线充电系统优化配置模型还包括配电网约束，所述配电网约束包括配电变压器的负载率约束、配电网线路潮流约束、配电网节点电压约束；
[0034] 其中，所述配电变压器的负载率约束：
[0035] ；
[0036] ；
[0037] 上式中， 为 时刻在配电网节点 处动态无线充电负荷接入的配电变压器负载率； 为配电网节点 与道路 的耦合关系矩阵； 为动态无线充电的能量传输效率；为动态无线充电的功率因数角； 为 时刻在配电网节点 处接入配电变压器的基础负荷； 为配电网节点 处的配电变压器的额定视在功率； 、 分别为配电变压器的负载率下限、上限； 为单位时间；
[0038] 所述配电网线路潮流约束：
[0039] ；
[0040] ；
[0041] 上式中， 为与配电网节点 相连的配电网线路 上的视在功率； 为配电网线路的视在功率上限；
[0042] 所述配电网节点电压约束：
[0043] ；
[0044] ；
[0045] ；
[0046] 上式中， 、 分别为配电网线路 的电阻、电抗； 为配电网线路 在时刻的电压降， 、 、 分别为配电网节点 、节点 、节点 在 时刻的母线电压； 为配电网母线额定电压； 、 分别为配电网母线电压的上限、下限。
[0047] 所述步骤A中，电动公交车在各条道路上各个路段的平均停留时间的计算方法包括：
[0048] 步骤1、初始化道路车辆动态分布模型的参数，按照电动公交车和非电动公交车的比例随机生成道路中初始的队列 ；其中，所述参数包括道路长度 、道路限速 、车站距离道路起点的距离 、进入道路的所有车辆中电动公交车的占比 、非电动公交车变道的可能性 ；所述队列 表示 时刻在道路中行驶的所有车辆形成的队列，队列 中车辆 的信息用结构体 表示，所述结构体 包括 时刻的车辆行驶速度 、车辆位置 、道路选择变量 、电动公交车的行驶状态变量 ，所述车辆位置是指电动公交车距离道路起点的距离，所述道路选择变量 是指车辆是否在 时刻变道离开道路，所述电动公交车的行驶状态变量 是指电动公交车未到达车站、在车站停靠或驶离车站；
[0049] 步骤2、根据车辆行驶速度不超过道路限速约束、车辆位置不超过道路长度约束，更新队列 及所有结构体 ；
[0050] 步骤3、提取更新后的队列 中的结构体 ，并判断所提取结构体 对应的车辆类型，若车辆类型为非电动公交车，则进入步骤4a，若车辆类型为电动公交车，则进入步骤4b；
[0051] 步骤4a、根据非电动公交车变道的可能性 生成道路选择变量 ，并判断生成的道路选择变量 是否为选择变道，若选择变道，则进入步骤5a，否则进入步骤5b；
[0052] 步骤4b、判定电动公交车行驶状态变量 是电动公交车未到达车站、在车站停靠还是驶离车站，若是未到达车站，则进入步骤5c，若是在车站停靠，则进入步骤5d，若是驶离车站，则进入步骤5e；
[0053] 步骤5a、从队列 中剔除结构体 ，进入步骤6；
[0054] 步骤5b、计算车辆位置，并判断是否 时刻的车辆位置大于或等于道路终点位置，若是，则从队列 中剔除结构体 后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
[0055] 步骤5c、计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6；
[0056] 步骤5d、计算在车站停靠状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6；
[0057] 步骤5e、计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，并判断是否 时刻的车辆位置大于或等于道路终点位置，若是，则从队列 中剔除结构体 后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
[0058] 步骤6、判断是否更新后的队列 中所有结构体 都提取完成，若是，则进入步骤7，否则返回步骤3；
[0059] 步骤7、根据进入道路的所有车辆中电动公交车的占比 生成 时刻进入道路车辆的决策变量 ，并判断生成的 时刻进入道路车辆的决策变量 是1、2还是3，若是1，则表示 时刻出现在道路入口处的车辆为非电动公交车，进入步骤8a，若是2，则表示 时刻出现在道路入口处的车辆为电动公交车进入步骤8b，若是3，则表示无车辆进入道路，则进入步骤8c；
[0060] 步骤8a、生成 时刻出现在道路入口处的非电动公交车所对应的结构体，进入步骤9；
[0061] 步骤8b、生成 时刻出现在道路入口处的电动公交车所对应的结构体，进入步骤9；
[0062] 步骤8c、无车辆进入道路，进入步骤9；
[0063] 步骤9、判断 是否达到预设时刻 ，若是则结束计算，并输出电动公交车在各路段的累计速度、累计数量，根据各路段的累计速度、累计数量计算得到平均停留时间，若不是则 完成自加操作后返回步骤2。
[0064] 所述步骤5b中，根据以下公式计算车辆位置：
[0065] ；
[0066] ；
[0067] ；
[0068] 上式中， 为在 时刻车辆 与车辆 的距离； 、 分别为 时刻、时刻的车辆 位置； 为 时刻的车辆 位置； 为 时刻车辆 移动的距
离； 分别为 时刻车辆 的速度。
[0069] 所述步骤5c中，根据以下公式计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：
[0070] ；
[0071] ；
[0072] ；
[0073] ；
[0074] ；
[0075] ；
[0076] ；
[0077] 上式中， 为配电网线路的 视在功率上限 ； 、分别为电动公交车在路段 之间的累计速度、累计数量；
表示复合赋值运算符； 表示 时刻车辆 距离车站的距离； 为电动公交车在之间的平均行驶速度；
[0078] 所述步骤5d中，所述车辆行驶速度保持不变，根据以下公式计算车站停靠状态下的车辆位置：
[0079] ；
[0080] ；
[0081] 所述步骤5e中，根据以下公式计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：
[0082] ；
[0083] ；
[0084] ；
[0085] ；
[0086] 。
[0087] 所述步骤2中，所述道路限速约束：
[0088] ；
[0089] 所述车辆位置约束：
[0090] 。
[0091] 一种电动公交车动态无线充电系统配置系统，所述配置系统包括停留时间计算模块、优化配置模块；
[0092] 所述停留时间计算模块用于计算得到电动公交车在道路上各个路段的平均停留时间并将计算结果输入至优化配置模块；
[0093] 所述优化配置模块用于构建动态无线充电系统优化配置模型，将计算结果输入至动态无线充电系统优化配置模型中进行仿真计算得到动态无线充电系统配置方案，所述动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束，所述动态无线充电系统配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度。
[0094] 所述优化配置模块用于构建如下动态无线充电系统优化配置模型：
[0095] 目标函数：
[0096] ；
[0097] ；
[0098] ；
[0099] ；
[0100] 上式中，为动态无线充电服务的收入； 为动态无线充电系统的运营成本；为动态无线充电系统的配置成本； 为贴现率； 为动态无线充电系统的运行寿命，单位为年； 为一年中典型日的数量； 为道路 上的电动公交车在 时刻通过动态无线充电系统补充的电能； 为动态无线充电服务的单位价格； 、 分别为道路 上配置的动态无线充电系统的起点、终点； 为一个典型日内动态无线充电系统的运营时长；
为动态无线充电系统的单位运营成本； 为动态无线充电系统的单位配置成本；
[0101] 约束条件包括：电动公交车在道路路段的平均停留时间约束、电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束、电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束、动态无线充电系统长度约束、动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束、动态无线充电服务的覆盖率约束；
[0102] 所述电动公交车在道路路段的平均停留时间约束：
[0103] ；
[0104] 上式中， 为电动公交车在 处的平均停留时间； 、 分别为电动公交车在 处的累计速度、累计数量； 为动态无线充电系统的单位铺设长度；
[0105] 所述电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束：
[0106] ；
[0107] 上式中， 为道路 上 时刻可进行动态无线充电的电动公交车的数量；为动态无线充电的额定输出功率；
[0108] 所述电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束：
[0109] ；
[0110] 上式中， 表示道路 上是否配置动态无线充电系统的决策变量，若为1，则在道路 上配置动态无线充电系统，否则不配置； 为大 变量；
[0111] 所述动态无线充电系统长度约束：
[0112] ；
[0113] 所述动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束：
[0114] ；
[0115] ；
[0116] 上式中， 、 分别为动态无线充电系统的配置道路数量、总长度上限；
[0117] 所述动态无线充电服务的覆盖率约束：
[0118] ；
[0119] 上式中， 为动态无线充电系统对于电动公交车交通流的覆盖率下限； 为一个典型日内整个交通网中电动公交车的总流量。
[0120] 所述停留时间计算模块用于根据以下方法计算电动公交车在道路上各个路段的平均停留时间：
[0121] 步骤1、初始化道路车辆动态分布模型的参数，按照电动公交车和非电动公交车的比例随机生成道路中初始的队列 ；其中，所述参数包括道路长度 、道路限速 、车站距离道路起点的距离 、进入道路的所有车辆中电动公交车的占比 、非电动公交车变道的可能性 ；所述队列 表示 时刻在道路中行驶的所有车辆形成的队列，队列 中车辆 的信息用结构体 表示，所述结构体 包括 时刻的车辆行驶速度 、车辆位置 、道路选择变量 、电动公交车的行驶状态变量 ，所述车辆位置是指电动公交车距离道路起点的距离，所述道路选择变量 是指车辆是否在 时刻变道离开道路，所述电动公交车的行驶状态变量 是指电动公交车未到达车站、在车站停靠或驶离车站；
[0122] 步骤2、根据车辆行驶速度不超过道路限速约束、车辆位置不超过道路长度约束，更新队列 及所有结构体 ；
[0123] 步骤3、提取更新后的队列 中的结构体 ，并判断所提取结构体 对应的车辆类型，若车辆类型为非电动公交车，则进入步骤4a，若车辆类型为电动公交车，则进入步骤4b；
[0124] 步骤4a、根据非电动公交车变道的可能性 生成道路选择变量 ，并判断生成的道路选择变量 是否为选择变道，若选择变道，则进入步骤5a，否则进入步骤5b；
[0125] 步骤4b、判定电动公交车行驶状态变量 是电动公交车未到达车站、在车站停靠还是驶离车站，若是未到达车站，则进入步骤5c，若是在车站停靠，则进入步骤5d，若是驶离车站，则进入步骤5e；
[0126] 步骤5a、从队列 中剔除结构体 ，进入步骤6；
[0127] 步骤5b、计算车辆位置，并判断是否 时刻的车辆位置大于或等于道路终点位置，若是，则从队列 中剔除结构体 后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
[0128] 步骤5c、计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6；
[0129] 步骤5d、计算在车站停靠状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6；
[0130] 步骤5e、计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，并判断是否 时刻的车辆位置大于或等于道路终点位置，若是，则从队列 中剔除结构体 后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
[0131] 步骤6、判断是否更新后的队列 中所有结构体 都提取完成，若是，则进入步骤7，否则返回步骤3；
[0132] 步骤7、根据进入道路的所有车辆中电动公交车的占比 生成 时刻进入道路车辆的决策变量 ，并判断生成的 时刻进入道路车辆的决策变量 是1、2还是3，若是1，则表示 时刻出现在道路入口处的车辆为非电动公交车，进入步骤8a，若是2，则表示 时刻出现在道路入口处的车辆为电动公交车进入步骤8b，若是3，则表示无车辆进入道路，则进入步骤8c；
[0133] 步骤8a、生成 时刻出现在道路入口处的非电动公交车所对应的结构体，进入步骤9；
[0134] 步骤8b、生成 时刻出现在道路入口处的电动公交车所对应的结构体，进入步骤9；
[0135] 步骤8c、无车辆进入道路，进入步骤9；
[0136] 步骤9、判断 是否达到预设时刻 ，若是则结束计算，并输出电动公交车在各路段的累计速度、累计数量，根据各路段的累计速度、累计数量计算得到平均停留时间，若不是则 完成自加操作后返回步骤2。
[0137] 所述步骤5b中，根据以下公式计算车辆位置：
[0138] ；
[0139] ；
[0140] ；
[0141] 上式中， 为在 时刻车辆 与车辆 的距离； 、 分别为 时刻、时刻的车辆 位置； 为 时刻的车辆 位置； 为 时刻车辆 移动的距
离； 分别为 时刻车辆 的速度。
[0142] 所述步骤5c中，根据以下公式计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：
[0143] ；
[0144] ；
[0145] ；
[0146] ；
[0147] ；
[0148] ；
[0149] ；
[0150] 上式中， 为配电网线路的 视在功率上限 ； 、分别为电动公交车在路段 之间的累计速度、累计数量；
表示复合赋值运算符； 表示 时刻车辆 距离车站的距离； 为电动公交车在之间的平均行驶速度；
[0151] 所述步骤5d中，所述车辆行驶速度保持不变，根据以下公式计算车站停靠状态下的车辆位置：
[0152] ；
[0153] ；
[0154] 所述步骤5e中，根据以下公式计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：
[0155] ；
[0156] ；
[0157] ；
[0158] ；
[0159] 。
[0160] 所述步骤2中，所述道路限速约束：
[0161] ；
[0162] 所述车辆位置约束：
[0163] 。
[0164] 一种电动公交车动态无线充电系统配置设备，所述控制设备包括处理器以及存储器；
[0165] 所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
[0166] 所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的电动公交车动态无线充电系统配置方法。
[0167] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0168] 1、本发明一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，先计算得到电动公交车在各条道路上各个路段的平均停留时间，然后将计算结果输入至动态无线充电系统优化配置模型求解得到动态无线充电系统配置方案，该配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度，该动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束；该设计先计算得到各路段的电动公交车平均停留时间，从尽量增大电动公交车在铺设有动态无线充电系统路段的平均停留时间出发，确定动态无线充电系统的选址以及铺设长度，进而最大化动态无线充电系统的使用率和经济效益。因此，本发明通过刻画电动公交车在车道中的交通分布，从而最大化动态无线充电系统的使用率以及经济效益。
[0169] 2、本发明一种电动公交车动态无线充电系统配置方法中，交通分布建立道路车辆动态分布模型还包括配电网约束，该配电网约束包括配电变压器的负载率约束、配电网线路潮流约束、配电网节点电压约束；由于动态无线充电负荷接入电网的电压等级低，功率相对较大，因此需要考虑其接入对于低压直流配电网的影响，通过设置以上约束能保证动态无线充电负荷接入时电网运行安全。因此。本发明考虑了动态无线充电负荷接入对于低压直流配电网的影响，系统运行安全性高。
附图说明
[0170] 图1为本发明所面向的电动公交车动态无线充电系统的示意图。
[0171] 图2为实施例1中道路车辆动态分布模型的结构图。
[0172] 图3为实施例1中电动公交车在各条道路上各个路段平均时间的计算方法流程图。
[0173] 图4为实施例1中14节点配电网‑28节点交通网的拓扑结构图。
[0174] 图5为实施例1中14节点配电网‑28节点交通网中动态无线充电系统的配置位置。
[0175] 图6为实施例2的结构框图。
[0176] 图7为实施例3的结构框图。
具体实施方式
[0177] 下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
[0178] 本发明所面向的电动公交车动态无线充电系统如图1所示，配电网通过变流器向动态无线充电系统供电，后者以交变电磁场的形式将电能传输给地面上行驶的电动公交车内的接收线圈，进而给车内搭载的电池组充电；根据本发明的优化目标，道路中的交通参与者可以分为电动公交车和非电动公交车两大类，其中非电动公交车包括除去电动公交车以外的所有机动车，电动公交车在道路的各个路段的平均行驶速度将会显著影响其在该路段的平均停留时间，若该路段处铺设有电动公交车动态无线充电系统，则该平均停留时间即为动态无线充电时间窗口；为了增加动态无线充电的时间窗口，最大限度的提高动态无线充电系统的经济性，需要考虑在行驶速度较低处配置动态无线充电系统以及增加单位铺设长度；为此，需要对电动公交车在车道中的交通分布进行动态刻画，考虑了车辆在道路中的变速行驶、停车、变道等行为，以此为依据优化动态无线充电系统的配置方案。
[0179] 实施例1：
[0180] 一种电动公交车动态无线充电系统配置方法，具体按照以下步骤进行：
[0181] 步骤A、参见图2，根据电动公交车群在道路中的交通分布建立得到道路车辆动态分布模型，参见图3，基于道路车辆动态分布模型计算得到电动公交车在各条道路上各个路段的平均停留时间；所述电动公交车在各条道路上各个路段所停留的时间的计算方法依次按照以下步骤进行：
[0182] 步骤1、初始化道路车辆动态分布模型的参数，按照电动公交车和非电动公交车的比例随机生成道路中初始的队列 ；其中，所述参数包括道路长度 、道路限速 、车站距离道路起点的距离 、进入道路的所有车辆中电动公交车的占比 、非电动公交车变道的可能性 ；所述队列 表示 时刻在道路中行驶的所有车辆形成的队列，队列 中车辆 的信息用结构体 表示，所述结构体 包括 时刻的车辆行驶速度 、车辆位置 、道路选择变量 、电动公交车的行驶状态变量 ，所述车辆位置是指电动公交车距离道路起点的距离，所述道路选择变量 是指车辆是否在 时刻变道离开道路，所述电动公交车的行驶状态变量 是指电动公交车未到达车站、在车站停靠或驶离车站；
[0183] 步骤2、根据车辆行驶速度不超过道路限速约束、车辆位置不超过道路长度约束，更新队列 及所有结构体 ；其中，所述道路限速约束：
[0184] ；
[0185] 所述车辆位置约束：
[0186] ；
[0187] 步骤3、提取更新后的队列 中的结构体 ，并判断所提取结构体 对应的车辆类型，若车辆类型为非电动公交车，则进入步骤4a，若车辆类型为电动公交车，则进入步骤4b；
[0188] 步骤4a、根据非电动公交车变道的可能性 生成道路选择变量 ，并判断生成的道路选择变量 是否为选择变道，若选择变道，则进入步骤5a，否则进入步骤5b；
[0189] 步骤4b、判定电动公交车行驶状态变量 是电动公交车未到达车站、在车站停靠还是驶离车站，若是未到达车站，则进入步骤5c，若是在车站停靠，则进入步骤5d，若是驶离车站，则进入步骤5e；
[0190] 步骤5a、从队列 中剔除结构体 ，进入步骤6；
[0191] 步骤5b、首先根据以下公式计算车辆位置：
[0192] ；
[0193] ；
[0194] ；
[0195] 上式中， 为在 时刻车辆 与车辆 的距离； 、 分别为 时刻、时刻的车辆 位置； 为 时刻的车辆 位置； 为 时刻车辆 移动的距
离； 分别为 时刻车辆 的速度；
[0196] 然后判断是否 时刻的车辆位置 大于或等于道路终点位置 ，若是，则从队列 中剔除结构体 后进入步骤6，若不是，立即进入步骤6；
[0197] 步骤5c、根据以下公式计算未到达车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度，进入步骤6：
[0198] ；
[0199] ；
[0200] ；
[0201] ；
[0202] ；
[0203] ；
[0204] ；
[0205] 上式中， 为车站位置； 、 分别为电动公交车在路段 之间的累计速度、累计数量； 表示复合赋值运算符； 表示时刻车辆 距离车站的距离； 为电动公交车在 之间的行驶速度；
[0206] 步骤5d、所述车辆行驶速度保持不变，根据以下公式计算车站停靠状态下的车辆位置：
[0207] ；
[0208] ；
[0209] 步骤5e、根据以下公式计算驶离车站状态下的车辆位置和车辆行驶速度：
[0210] ；
[0211] ；
[0212] ；
[0213] ；
[0214] ；
[0215] 然后判断是否 时刻的车辆位置 大于或等于道路终点位置 ，若是，则从队列 中剔除结构体 后进入步骤6，若不是，则立即进入步骤6；
[0216] 步骤6、判断是否更新后的队列 中所有结构体 都提取完成，若是，则进入步骤7，否则返回步骤3；
[0217] 步骤7、根据进入道路的所有车辆中电动公交车的占比 生成 时刻进入道路车辆的决策变量 ，并判断生成的 时刻进入道路车辆的决策变量 是1、2还是3，若是1，则表示 时刻出现在道路入口处的车辆为非电动公交车，进入步骤8a，若是2，则表示 时刻出现在道路入口处的车辆为电动公交车进入步骤8b，若是3，则表示无车辆进入道路，则进入步骤8c；
[0218] 步骤8a、生成 时刻出现在道路入口处的非电动公交车所对应的结构体，结构体 用于下次循环计算， 是指 时刻已经在道路中的车辆队列长度，进入步骤9；
[0219] 步骤8b、生成 时刻出现在道路入口处的电动公交车所对应的结构体 ，结构体 用于下次循环计算， 是指 时刻已经在道路中的车辆队列长度，进入步骤9；
[0220] 步骤8c、无车辆进入道路，进入步骤9；
[0221] 步骤9、判断 是否达到预设时刻 ，若是则结束计算，并输出电动公交车在各路段的累计速度、累计数量，根据各路段的累计速度、累计数量计算得到平均停留时间，若不是则 完成自加操作后返回步骤2；
[0222] 步骤B、将步骤A得到的计算结果输入至预先构建的动态无线充电系统优化配置模型求解得到动态无线充电系统配置方案，其中，所述动态无线充电系统配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度，所述动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束、配电网约束，所述目标函数为：
[0223] ；
[0224] ；
[0225] ；
[0226] ；
[0227] 上式中，为动态无线充电服务的收入； 为动态无线充电系统的运营成本；为动态无线充电系统的配置成本； 为贴现率； 为动态无线充电系统的运行寿命，单位为年； 为一年中典型日的数量； 为道路 上的电动公交车在 时刻通过动态无线充电系统补充的电能； 为动态无线充电服务的单位价格； 、 分别为道路 上配置的动态无线充电系统的起点、终点； 为一个典型日内动态无线充电系统的运营时长；
为动态无线充电系统的单位运营成本； 为动态无线充电系统的单位配置成本。
[0228] 所述动态无线充电系统约束包括电动公交车在道路路段的平均停留时间约束、电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束、电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束、动态无线充电系统长度约束、动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束、动态无线充电服务的覆盖率约束，其中，所述电动公交车在道路路段的平均停留时间约束为：
[0229] ；
[0230] 上式中， 为电动公交车在 处的平均停留时间； 、 分别为电动公交车在 处的累计速度、累计数量； 为动态无线充电系统的单位铺设长度；
[0231] 所述电动公交车在单位时间内从动态无线充电补充的总能量约束为：
[0232] ；
[0233] 上式中， 为道路 上 时刻可进行动态无线充电的电动公交车的数量；为动态无线充电的额定输出功率；
[0234] 所述电动公交车在道路上的动态无线充电行为约束为：
[0235] ；
[0236] 上式中， 表示道路 上是否配置动态无线充电系统的决策变量，若为1，则在道路 上配置动态无线充电系统，否则不配置； 为大 变量；
[0237] 所述动态无线充电系统长度约束为：
[0238] ；
[0239] 所述动态无线充电系统的配置道路数量及总长度约束为：
[0240] ；
[0241] ；
[0242] 上式中， 、 分别为动态无线充电系统的配置道路数量、总长度上限；
[0243] 所述动态无线充电服务的覆盖率约束为：
[0244] ；
[0245] 上式中， 为动态无线充电系统对于电动公交车交通流的覆盖率下限； 为一个典型日内整个交通网中电动公交车的总流量；
[0246] 所述配电网约束包括配电变压器的负载率约束、配电网线路潮流约束、配电网节点电压约束，所述配电变压器的负载率约束为：
[0247] ；
[0248] ；
[0249] 上式中， 为 时刻在配电网节点 处动态无线充电负荷接入的配电变压器负载率； 为配电网节点 与道路 的耦合关系矩阵； 为动态无线充电的能量传输效率；为动态无线充电的功率因数角； 为 时刻在配电网节点 处接入配电变压器的基础负荷； 为配电网节点 处的配电变压器的额定视在功率； 、 分别为配电变压器的负载率下限、上限； 为单位时间；
[0250] 所述配电网线路潮流约束为：
[0251] ；
[0252] ；
[0253] 上式中， 为与配电网节点 相连的配电网线路 上的视在功率； 为配电网线路的视在功率上限；
[0254] 所述配电网节点电压约束为：
[0255] ；
[0256] ；
[0257] ；
[0258] 上式中， 、 分别为配电网线路 的电阻、电抗； 为配电网线路 在时刻的电压降； 、 、 分别为配电网节点 、节点 、节点 在 时刻的母线电压； 为配电网母线额定电压； 、 分别为配电网母线电压的上限、下限；
[0259] 实施例所述电动公交车动态无线充电系统配置方法通过分析电动公交车在道路上各个路段的行驶速度，找出行驶速度较低、充电时间窗口更长的路段，在此基础上建立了一种道路车辆动态分布模型，该道路车辆动态分布模型在考虑电动公交车在道路上的交通分布的同时考虑了动态无线充电负荷接入电网后对电网带来的影响。
[0260] 性能测试：
[0261] 为验证实施例所述电动公交车动态无线充电系统配置方法的有效性，在MATLAB/CPLEX平台上对14节点配电网‑28节点交通网分别采用实施例所述配置方法、对比方案（在公交车交通流量最密集的几处道路集中铺设大量的动态无线充电系统，以最大程度的捕捉电动公交车的充电需求）进行仿真计算，所述14节点配电网‑28节点交通网的拓扑结构如图4所示，图中P、T分别表示配电网节点、交通网节点；本发明所述配置方法中道路车辆动态分布模型的参数设置为：设定规划年限为10年，一年中典型日数量为365天，一个典型日内的运营时长为14小时，道路限速 为50km/h，进入道路的所有车辆中电动公交车占比 为
0.05，非电动公交车变道的可能性 为0.2，贴现率 为0.05，道路长度 为2km、车站距离道路起点的距离 为1km、动态无线充电系统对于电动公交车交通流的覆盖率为100%，动态无线充电服务的单位价格为1元/kWh，动态无线充电的额定功率为60kW，动态无线充电系统的能量传输效率、功率因数分别为0.8、0.95；动态无线充电系统的配置单价和年运营成本单价分别为每10米0.65万元和每10米0.1万元，配电网额定母线电压以及电压上、下限分别为10kV、10.5kV、9.5kV；公交车线路为3条，3条公交线路路径如表1所示：
[0262] 表1 3条公交线路路径
[0263]
[0264] 1、运行实施例所述配置方法与对比方案得到的动态无线充电系统配置方案如表2、表3所示，实施例所述配置方法得到的动态无线充电系统配置方案中，动态无线充电系统在14节点配电网‑28节点交通网上的配置位置如图5所示：
[0265] 表2 动态无线充电系统选址
[0266]
[0267] 表3 动态无线充电系统铺设长度
[0268]
[0269] 由表2、表3可知，相比于对比方案中将电动公交车动态无线充电系统集中配置在T8‑T11和T11‑T14上，实施例所述配置方法根据电动公交车在道路上动态分布情况，将电动公交车动态无线充电系统更加分散的配置在各条道路上电动公交车平均速度较低的区域，从而增加了可进行动态无线充电的时间窗口；
[0270] 2、将实施例所述配置方法与对比方案得到的动态无线充电系统配置方案在各项经济指标上作对比，对比结果如表4所示：
[0271] 表4 经济指标
[0272]
[0273] 由表4可知，在对比方案的年化配置成本和年化运营成本比实施例所述配置方法更高的情况下，对比方案的动态无线充电服务年收入反而低于实施例所述配置方法，具体而言，实施例所述配置方法比对比方案的年化配置成本降低了24.88%，同时动态无线充电服务的年收入增加了22.61%，动态无线充电服务年利润增加了39.98%。
[0274] 实施例2：
[0275] 参见图6，一种电动公交车动态无线充电系统配置系统，包括停留时间计算模块、优化配置模块；所述停留时间计算模块用于计算得到电动公交车在道路上各个路段的平均停留时间并将计算结果输入至优化配置模块，该模块具体执行实施例1中的步骤A；所述优化配置模块用于将计算结果输入至预先构建的动态无线充电系统优化配置模型中通过仿真计算求解得到动态无线充电系统配置方案，所述动态无线充电系统优化配置模型包括以最大化动态无线充电服务的经济效益为目标的目标函数以及动态无线充电系统约束，所述动态无线充电系统配置方案包括动态无线充电系统的选址和铺设长度，该模块具体执行实施例1中的步骤B。
[0276] 实施例3：
[0277] 参见图7，一种电动公交车动态无线充电系统配置设备，包括处理器以及存储器；
[0278] 所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
[0279] 所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的电动公交车动态无线充电系统配置方法。
[0280] 一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的电动公交车动态无线充电系统配置方法。
[0281] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
[0282] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0283] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0284] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0285] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
