Об оптимизации смешанной зарядной инфраструктуры электробусов для городских маршрутов

Objectives. When transition from a fleet of diesel buses to a fleet of electric buses, it is important to optimize the charging infrastructure, which combines the slow-charging technologies at the depot overnight and fast recharging at the terminals of the routes. The purpose of the study is to create models and methods for developing the cost-effective solutions for selecting this type of charging infrastructure for a fleet of electric buses serving the city route system, taking into account a number of specific conditions. The operation of the fleet and charging infrastructure is modeled both for the depot at night and for the terminal stops in the most representative period of the day, characterized by the highest intensity of passenger traffic and maximum power consumption.Methods. Methods of set theory, graph theory and linear approximation are used.Results. A mathematical model has been developed for the problem of optimizing a mixed-type charging infrastructure for an electric bus fleet. The total daily cost of charging stations, degradation of electric bus batteries and consumed electricity was chosen as the objective function. The model is formulated as a mixed integer linear programming problem.Conclusion. To solve the formulated problem, standard solvers like IBM ILOG CPLEX can be used. The solution of the problem lies in the choice of durations and schedules for charging electric buses at low-capacity charging stations in the depot at night and at high-capacity charging stations of terminal stops in a given range of peak hours.Цели. При переходе от парка дизельных автобусов к парку электробусов актуальной является оптимизация зарядной инфраструктуры, совмещающей технологии медленной зарядки батарей в депо в ночное время и быстрой подзарядки на конечных остановках маршрутов. Цель исследования заключается в создании моделей и методов выработки экономически эффективных решений по выбору зарядной инфраструктуры такого типа для парка электробусов, обслуживающих систему городских маршрутов с учетом ряда специфических условий. Функционирование парка и зарядной инфраструктуры моделируется как для депо в ночной период, так и для конечных остановок в наиболее представительный период дня, характеризующийся наибольшей интенсивностью пассажиропотока и максимальным расходом электроэнергии.Методы. Используются методы теории множеств, теории графов и линейной аппроксимации.Результаты. Разработана математическая модель задачи оптимизации зарядной инфраструктуры смешанного типа для парка электробусов. В качестве целевой функции выбрана суммарная дневная стоимость зарядных станций, износа батарей электробусов парка и потребленной электроэнергии. Модель сформулирована в виде задачи смешанного целочисленного линейного программирования.Заключение. Для решения сформулированной задачи целочисленного линейного программирования могут использоваться стандартные решатели типа IBM ILOG CPLEX. Решение задачи заключается в выборе длительностей и расписаний зарядки электробусов на зарядных станциях малой мощности в депо в ночное время и на зарядных станциях большой мощности конечных остановок в заданном диапазоне часов пик

Подход к оптимизации зарядной инфраструктуры автономных троллейбусов для городских маршрутов

P u r p o s e s.  When designing a system of urban electric transport that charges while driving, including autonomous trolleybuses with batteries of increased capacity, it is important to optimize the charging infrastructure for a fleet of such vehicles. The charging infrastructure of the dedicated routes consists of overhead wire sections along the routes and stationary charging stations of a given type at the terminal stops of the routes. It is designed to ensure the movement of trolleybuses and restore the charge of their batteries, consumed in the sections of autonomous running.The aim of the study is to create models and methods for developing cost-effective solutions for charging infrastructure, ensuring the functioning of the autonomous trolleybus fleet, respecting a number of specific conditions. Conditions include ensuring a specified range of autonomous trolleybus running at a given rate of energy consumption on routes, a guaranteed service life of their batteries, as well as preventing the discharge of batteries below a critical level under various operating modes during their service life.M e t ho d s. Methods of set theory, graph theory and linear approximation are used.Re s u l t s. A mathematical model has been developed for the optimization problem of the charging infrastructure of the autonomous trolleybus fleet. The total reduced annual costs for the charging infrastructure are selected as the objective function. The model is formulated as a mathematical programming problem with a quadratic objective function and linear constraints.Co n c l u s i o n. To solve the formulated problem of mathematical programming, standard solvers such as IBM ILOG CPLEX can be used, as well as, taking into account its computational complexity, the heuristic method of "swarm of particles".  The solution to the problem is to select the configuration of the location of the overhead wire sections on the routes and the durations of charging the trolleybuses at the terminal stops, which determine the corresponding number of stationary charging stations at these stops.Ц е л и. При проектировании системы городского электротранспорта, заряжающегося во время движения, в том числе автономных троллейбусов с батареями увеличенной емкости, актуальной является оптимизация зарядной инфраструктуры для парка такого транспорта. Зарядная инфраструктура выделенных маршрутов состоит из секций контактной сети вдоль маршрутов и стационарных зарядных станций заданного типа на конечных остановках маршрутов. Она предназначена для обеспечения движения троллейбусов и восстановления заряда их батарей, израсходованного на участках автономного хода.Цель исследования заключается в создании моделей и методов выработки экономически эффективных решений по зарядной инфраструктуре, обеспечивающих функционирование парка автономных троллейбусов с учетом ряда специфических условий. Условия включают обеспечение заданного диапазона автономного хода троллейбусов при заданной скорости расхода энергии на маршрутах и гарантийного срока эксплуатации их батарей, а также предотвращение разряда батарей ниже критического уровня при различных режимах эксплуатации в течение срока их службы.М е то д ы. Используются методы теории множеств, теории графов и линейной аппроксимации.Р е з у л ь т а т ы.  Разработана математическая модель задачи оптимизации зарядной инфраструктуры парка автономных троллейбусов. В качестве целевой функции выбраны суммарные приведенные годовые затраты на зарядную инфраструктуру. Модель сформулирована в виде задачи математического программирования с квадратичной целевой функцией и линейными ограничениями.З а к л ю ч е н и е. Для решения сформулированной задачи математического программирования могут использоваться стандартные решатели типа IBM ILOG CPLEX, а также, с учетом ее вычислительной сложности, эвристический метод «роя частиц». Решение задачи заключается в выборе конфигурации расположения секций контактной сети на маршрутах и длительностей зарядки троллейбусов на конечных остановках, определяющих соответствующие количества стационарных зарядных станций на этих остановках