基于充电差异性的电动汽车充电设施优化配置

基于充电差异性的电动汽车充电设施优化配置

赵平

中国石油云南保山销售公司 云南省保山市678000

摘要：在目前社会经济迅速发展形势下，环境污染问题日益凸显。为有效的解决大气污染相关问题，电动汽车开始受到关注，其具有低污染、零排放、高效节能等方面优势而被广泛的应用。充电站是电动汽车的重要配套基础设施，其对电动汽车的发展有很强制约作用，如容易导致充电难问题。

关键词：充电差异性;电动汽车;充电设施

引言

近年来，伴随共享经济模式不断走向成熟，共享电动汽车亦得到了快速发展。虽然电动汽车在改善环境保护和缓解能源短缺等方面具有较大优势，但在其走向共享模式过程中依然面临诸多问题和障碍，典型如充电站等配套设施资源配置的合理性与充足性问题、充电设施运行管理中的效率与效益问题等。

1问题描述

1.1充电设施定容布局问题

我国充电设施的建设速度随着电动汽车行业的快速发展而不断提升。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据，截至2018年4月，联盟内成员单位总计上报公共充电桩262058个，建设安装私人充电桩281847个，两者的数量还在不断增长之中。目前公共充电设施与私人充电设施的数量不相上下，私人充电设施由于建设周期短，数量增长相对较快。两者共同负担了包括公交运营车辆、私家车、出租车等在内的多种电动汽车的充电需求，但充电设施数量规模相对于庞大的电动汽车市场规模而言偏低，这大大降低了电动汽车的使用便利性，从而影响其推广应用。此外，布桩位置不合理、设施服务水平偏低等现象严重降低了充电设施的利用效率。充电设施的容量、网络布局需要科学系统的设计思路和优化方案。

1.2研究现状

越来越多的国家开始大力进行新能源电动汽车及其充电设施的相关研究。充电设施布局与规划问题逐渐成为电动汽车领域的研究热点。基于用户与目的地的出行分布预测可以有效分析充电需求与水平，从而为电动汽车充电站选址布局提供依据。针对电动汽车出行分布的预测目前有以下一些方法。首先是传统的交通规划方法。宋阳利用重力模型建立了出行分布预测，并使用遗传算法模型求解，得到了不同充电设施规模限制下的最优充电站布局方案。Xiang等使用区域变量来解释车队演变模式并进行敏感性分析。也有许多学者运用仿真模拟的方法进行规划布局研究提出了一种基于行为（activity-based）的评价方法来评估不同类型的出行群体采用电动汽车的可行性，运用遗传算法寻找公共充电站的最佳选址，并检验了不同的公共充电站部署水平对减少电动汽车里程焦虑的影响。邱海采用Agent仿真的方法来模拟电动汽车的充电行为，通过建立3个协调互动的Agent子系统，实现充电需求预测、电动汽车路径规划、充电信息发布、充电桩布局优化等功能。近年来，基于交通大数据分析的方法得到了广泛应用。Cai等利用北京出租车的轨迹数据分析停车需求热点区域，作为充电站选址的重要依据。Tu等从深圳市的海量出租车GPS数据中提取出具有时空属性的公共出租车需求，开发了一种时空需求覆盖方法，来优化时空环境中电动出租车充电站的选址配置。Yun等基于上海市700辆电动汽车的行驶轨迹数据，运用离散选择模型对电动汽车的充电行为进行了研究。此外，区别于传统的对电动汽车进行充电，Kang等提出了一种在充电站快速更换电池，并对更换下的电池进行集中充电的模式。该研究设计了一种基于种群的启发式方法来对电动汽车充电站进行布局，使总充电成本最小。目前已有的充电设施布局模型大多仅对城市中的公共充电站进行布局研究，未考虑到居住宅小区中亦存在许多私人充电桩的情况。此外，现有文献并没有深入研究充电设施布局发生改变时对其他区域充电设施布局以及周边路网交通的影响。

2电动汽车充电设施规划

2.1目前电动汽车产业发展迅速，但从总体来看，其在全国范围内的普及率并不高，电动汽车充/换电站的布局有待进一步完善，此方面的研究虽然颇多，然而具有建设性的研究相对缺乏，特别是在电动汽车充/换电站的布局上，还没有建立健全的理论体系。在进行这方面的研究时，主要围绕电动汽车充/换电站的规模及选址来展开分析，然后在获取汽车保有量等相关数据的基础上，搭建了选址定容的最优费用模型，对该模型进行分析，可进一步制定充/换电站的规划方案。以美国加州充电设施为研究对象展开分析，该学者根据当地的电力供需情况，并引入电动汽车数据量构建相应的充电设施模型。在对电动汽车充电设施布局方面进行研究时，认为应当与可再生能源电源协调建设，这样可以充分实现二者的优势互补，以满足电网平稳运行需求。另外，该学者还指出，电站的选址是一个重点和难点，在建设时既要考虑成本因素，还要考虑其服务的便捷性，而在两者之间找到一个平衡点是极为困难的。石油公司等能源企业在进行建设时，可利用现有的加油站或加气站等资源来修建充电站，从而实现效益最大化，成本最小化。充/换电站的布局取决于两个因素，分别是：充电需求量、电动汽车发展程度，在具体建设过程中要充分以用户为导向，选址应当尽量靠近车流量大的区域，同时电网的供电能力、地区的发展规划互相协调才能更好的满足驾驶者的需要。

3充电设施两阶段规划模型

现有的电动汽车充电设施规划模型往往以充电设施建设维护成本最小为目标函数，主要关注电动汽车企业的成本和收益，没有充分考虑电动汽车用户充电的满意程度，特别是共享电动汽车用户行驶途中充电的满意度。如何平衡共享电动汽车用户的满意程度和共享电动汽车运营商的建设维护成本是一个值得探讨的问题。基于此，本章提出了考虑共享电动汽车用户充电满意度的充电设施两阶段规划模型。充电站和离散的充电桩相结合的充电设施规划有助于平衡用户与运行商，在第一阶段以共享电动汽车运营商建设维护成本以及用户充电排队等待成本最小为目标函数规划充电站；在第二阶段引入用户充电满意度的概念，规划了离散的充电桩来服务行驶途中需要充电的共享电动汽车用户。

3.1充电站规划模型

构建共享电动汽车充电设施两阶段规划模型时，将共享电动汽车放置点作为充电站的候选位置。在第一阶段规划共享电动汽车充电站的位置和容量时，需要考虑充电站的建设成本、维护成本以及共享电动汽车运营商的运营成本，同时还需要考虑共享电动汽车充电过程中的排队等待时间成本。

3.2充电桩规划

在第一阶段的充电站规划模型中，假设了所有需要充电的共享电动汽车都是在共享电动汽车放置点的汽车，并没有考虑共享电动汽车用户在行驶途中的充电需求。而在实际的运行过程中，共享电动汽车用户存在由于行驶距离较远而电动汽车需要充电的情况。由于考虑了共享电动汽车运营商的建设和维护成本，充电站的规划数量是一定的，因此用户中途充电会出现距离充电站距离较远的情况，影响了用户使用的满意度。本文引入了用户满意度的概念，在规划的充电站之外，提出规划分散的充电桩来解决共享电动汽车用户在行驶过程中的充电需求，缩短用户充电距离，提高用户使用满意度。

结语

建立基干排队论方法的定容模型配罾充电桩数量，保证满足规划区域内所有充电需求此外，建立以社会总成本最小为目标的优化模型，最终得到人车桩网最优布局研究结果有利于城市电动汽车管理和充电设施建设，完善城市交通系统但模型中搜集的数据和考虑的因素不够全面，模型还可以进一步完善，通过结合物联网大数据精准优化充电站位置随着电动汽车数量的增加可以将需求预测模型与选址定容模型综合考虑研究;考虑充电设施模式将充电和换电相结合这也将是未来的重要研究方向

参考文献

[1]宫娅宁,秦红.基于电动汽车充电需求的充电站选址定容研究[J.通信电源技术201734(03):58-62

[2]朱黎明.基于空间负荷预测和电动汽车快充需求预测的充电站选址规划研究D.华中科技大学，20163

[3]王震坡,孙逢春,林程.电动公交客车充电站容量需求预测与仿真[J.北京理工大学学报，2006(12)1061-1064.