電動(dòng)汽車充電站最優(yōu)規(guī)劃的兩階段方法
2017-5-14 19:43:58??????點(diǎn)擊：
華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司連云港供電公司、中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司的研究人員舒雋、唐剛、韓冰，在2017年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，計(jì)及道路網(wǎng)絡(luò)對(duì)電動(dòng)汽車充電需求的影響,提出了充電站最優(yōu)規(guī)劃的兩階段方法。
該方法的第一階段基于電動(dòng)汽車行駛特性,綜合考慮電動(dòng)汽車日剩余電量以及電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)和位置,采用隨機(jī)模擬技術(shù)和最短路徑法,獲得道路網(wǎng)絡(luò)上電動(dòng)汽車充電需求在時(shí)間和空間上的分布;第二階段以第一階段獲得的電動(dòng)汽車充電需求為基礎(chǔ),以充電需求不可達(dá)率、不滿足率和投資限額等為約束,充電站運(yùn)行成本和投資成本綜合最小為目標(biāo),建立充電站最優(yōu)選址定容數(shù)學(xué)模型。
針對(duì)該模型的復(fù)雜性,采用遺傳算法求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題。通過(guò)對(duì)某區(qū)域的電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃的模擬分析,表明了所提方法的有效性。
當(dāng)前，氣候變化和能源短缺已成為威脅人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要原因。在環(huán)境和能源的雙重壓力下，電動(dòng)汽車越來(lái)越受重視，發(fā)展前景良好，預(yù)計(jì)中國(guó)電動(dòng)汽車的保有量在2020年將會(huì)達(dá)到500萬(wàn)輛。
為了適應(yīng)電動(dòng)汽車的規(guī)模化發(fā)展，需要配套建設(shè)相應(yīng)數(shù)量和容量的充電站，充電站規(guī)劃成為值得研究的重要問(wèn)題。文獻(xiàn)[2]提出了一種基于電動(dòng)汽車駕駛、停放特性的考慮時(shí)空分布的電動(dòng)汽車充電負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，得到城市內(nèi)各功能區(qū)的充電負(fù)荷的時(shí)間分布集合。
文獻(xiàn)[3]通過(guò)用戶的用車習(xí)慣、電動(dòng)汽車規(guī)模建立充電需求負(fù)荷模型，并探討了對(duì)充電需求的影響因素；文獻(xiàn)[4]通過(guò)分析電動(dòng)出租車的行為特性，采用排隊(duì)論建立了電動(dòng)出租車充電站兩種服務(wù)系統(tǒng)模型，最后以整個(gè)電動(dòng)出租車充電站服務(wù)系統(tǒng)的總費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù)，建立了電動(dòng)出租車充電樁的優(yōu)化配置模型。
文獻(xiàn)[5]結(jié)合我國(guó)具體情況，針對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和規(guī)劃布局中的核心問(wèn)題提出若干指導(dǎo)性原則與建議；文獻(xiàn)[6]利用聚類分析方法將路況信息轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆娦枨螅源藖?lái)進(jìn)行電動(dòng)汽車充電站的選址操作；文獻(xiàn)[7]以城市交通網(wǎng)絡(luò)流量為約束，建立了充電站多目標(biāo)規(guī)劃模型。
文獻(xiàn)[8]提出了集中型充電站容量?jī)?yōu)化的電動(dòng)汽車電池組充電需求模型；文獻(xiàn)[9]基于排隊(duì)論和到達(dá)率計(jì)算充電需求，建立了高速路口附近充電站的分布模型；文獻(xiàn)[10]通過(guò)預(yù)測(cè)規(guī)劃區(qū)電動(dòng)汽車的數(shù)量從而預(yù)測(cè)充電站的充電需求，以社會(huì)成本的最小化為目標(biāo)，并利用Voronoi圖確定充電站的選址以及服務(wù)區(qū)域。
文獻(xiàn)[11]提出了一種考慮城市交通因素的公共充電站選址定容方法，該方法以ENS和充電站的投建運(yùn)行費(fèi)用最小化為目標(biāo)；文獻(xiàn)[12]以充電站建設(shè)的投資成本和用戶的運(yùn)行成本綜合最小為目標(biāo)，考慮容量、服務(wù)范圍和用戶方便性約束，通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法確定充電站的站址和容量。
文獻(xiàn)[13]提出一種實(shí)現(xiàn)充電站位置及容量、配電網(wǎng)架建設(shè)和改造綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃方法；文獻(xiàn)[14]在分時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上，將充電成本最小化和負(fù)荷方差最小化作為目標(biāo)函數(shù)，建立了電動(dòng)汽車集中充電的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型。
充電站規(guī)劃建設(shè)的目的是滿足電動(dòng)汽車充電需求，因此，能否真實(shí)地模擬城市內(nèi)充電需求在時(shí)間和空間上的分布情況是提高充電站規(guī)劃精細(xì)化水平的決定性因素。
現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃的研究[15-21]一般基于以往的路況信息、車流信息等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)間接地估計(jì)電動(dòng)汽車充電需求，而實(shí)際上電動(dòng)汽車充電需求與電動(dòng)汽車的起始運(yùn)行電量、運(yùn)行狀態(tài)以及行駛路徑選擇有關(guān)，不考慮電動(dòng)汽車行駛特性，將很難正確反映充電需求的分布情況。
現(xiàn)有考慮電動(dòng)汽車行駛特性的電動(dòng)汽車充電需求估計(jì)方法[3,15,22-27]考慮用戶的出行習(xí)慣、出行時(shí)間以及行駛距離，可以得到各時(shí)刻整個(gè)規(guī)劃區(qū)域或各子功能區(qū)域的總充電需求，但這些文獻(xiàn)都沒(méi)有考慮充電需求在道路網(wǎng)絡(luò)上的分布情況，從而無(wú)法精細(xì)刻畫(huà)充電需求在空間上的分布。
為了提高充電站規(guī)劃的精細(xì)化水平，本文提出了充電站最優(yōu)規(guī)劃的兩階段方法。并通過(guò)對(duì)某區(qū)域的電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行模型分析，表明了本文所提出方法的有效性。
結(jié)論
本文提出了一個(gè)電動(dòng)汽車充電站最優(yōu)規(guī)劃的兩階段方法，該方法采用馬爾科夫鏈模型和Dijkstra最短路徑算法量化充電需求，在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)考慮電動(dòng)汽車運(yùn)行特性的充電站選址定容新模型，并采用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得出以下結(jié)論：
1)將馬爾科夫鏈模型和Dijkstra最短路徑算法相結(jié)合，模擬電動(dòng)汽車的運(yùn)行，能夠合理量化城市電動(dòng)汽車充電需求點(diǎn)沿道路網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間和空間分布。
2)在已知充電需求精細(xì)化時(shí)空分布的前提下，本文所建立的電動(dòng)汽車充電站最優(yōu)規(guī)劃模型能夠精確計(jì)算充電站的充電電量、電動(dòng)汽車不可達(dá)率和充電需求不滿足率，提高了電動(dòng)汽車充電站選址定容方案的適應(yīng)性和精細(xì)化水平。
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