Heuristik
Ansatz
Der heuristische Ansatz zur Reduzierung der aggregierten Ladeleistungsspitze basiert auf der Masterarbeit von Dominik Bauer [1]. Darin wurde ein Algorithmus von Amrah Jahic [2] weiterentwickelt und auf die Gegebenheiten des Projekts angepasst.
Eine Heuristik ist ein regelbasierter Algorithmus mit einer definierten Zielfunktion, der durch vorgegebene Entscheidungen mit geringem Aufwand zu einer guten aber nicht notwendigerweise optimalen Lösung führt. So finden Heuristiken unter anderem bei wachsender Problemgröße Anwendung (vgl. [3]).
Das Ziel war eine regelbasierte Methode zu entwickeln, die mit geringem Rechenaufwand eine sehr gute wenn auch nicht optimale Lösung liefert. Dazu wird im übertragenen Sinne eine Art “Tetris” gespielt, um die Ladefenster in möglichst geringer Höhe im vorgegebenen Rahmen unterzubringen.
Funktionsweise
Bei der Heuristik werden zuerst die Ladefenster bestimmt, sortiert und anschließend Schritt für Schritt die Ladestarts der einzelnen Fahrzeuge auf Basis vorgegebener Regeln festgelegt.
Energiemenge definieren
Zuerst wird für jedes Ladefenster die Energiemenge definiert. Ein Ladefenster ist die Zeit, die ein Fahrzeug zwischen Ankunft und anschließender Abfahrt am Ladeort verbringt. Die zu ladende Energiemenge wird mittels einer Simulation ermittelt. Die Heuristik definiert abhängig von den Beschränkungen des Fahrzeugs und der Ladestation eine maximale Ladeleistung. Dadurch entsteht eine Ladezeit. Grafisch kann das als Rechteck innerhalb zweier zeitlicher Grenzen dargestellt werden, wie in Abbildung 1 gezeigt.
Ladefenster sortieren
Nachdem die Energiemengen für alle Ladefenster definiert sind, werden sie absteigend nach ihrer Flexibilität sortiert. Als Maß für die Flexibilität wird die Differenz von Ladefenster und Ladezeit verwendet, also der zeitliche “Spielraum”, um den Ladevorgang einzuplanen, der in Abbildung 2 in Gelb dargestellt ist. Ladefenster, in denen kein Ladevorgang vorgesehen ist, werden nicht berücksichtigt.
Ladestart bestimmen
Um den Ladestart zu bestimmen, wird nun Ladefenster für Ladefenster vorgegangen. Als Grundlage werden die aggregierten Ladeleistungen bereits eingeplanter Fahrzeuge verwendet. Alle Zeitpunkte, an denen eine Änderung der aggregierten Ladeleistung stattfindet, werden als Events definiert. Diese Zeitpunkte werden als Ladestart und Ladeende eines möglichen Ladeintervalls verwendet. Die eventbasierte Auswahl reduziert die Anzahl an Möglichkeiten und damit den Rechenaufwand, ohne das qualitative Ergebnis zu verschlechtern (siehe [1]).
Sind alle Möglichkeiten definiert, wird für die Bestimmung des Ladestarts wie folgt vorgegangen:
- Für alle Möglichkeiten wird zuerst die daraus resultierende Spitzenlast berechnet.
- Gibt es mehrere Möglichkeiten, die zur selben minimalen Spitzenlast führen, wird die Überschneidung mit den anderen Ladeintervallen betrachtet, um möglichst viel Freiheiten für nachfolgende Ladefenster zu behalten.
- Gibt es dabei ebenfalls mehrere gleichwertige minimale Lösungen, wird das Intervall mit dem frühesten Ladestart verwendet.
- Das Ladeintervall wird gewählt und eingeplant.
In der folgenden Abbildung 4 sind die Schritte 1-4 dargestellt.
Diese Vorgehensweise wird für alle Ladefenster nacheinander durchgeführt.