电动汽车充电桩选址优化模型的构建.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.35M 资料格式：pdf 举报版权申诉

weixin_38500944-12051844-4744302543331656616.pdf-第1页.png

第1页 / 共6页

weixin_38500944-12051844-4744302543331656616.pdf-第2页.png

第2页 / 共6页

weixin_38500944-12051844-4744302543331656616.pdf-第3页.png

第3页 / 共6页

weixin_38500944-12051844-4744302543331656616.pdf-第4页.png

第4页 / 共6页

weixin_38500944-12051844-4744302543331656616.pdf-第5页.png

第5页 / 共6页

weixin_38500944-12051844-4744302543331656616.pdf-第6页.png

第6页 / 共6页

文本预览

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 电动汽车充电桩选址优化模型的构建张曦1，刘琼荪1，曾杰2** （1. 重庆大学数学与统计学院，重庆 401331； 2. 伊犁师范大学数学与统计学院，新疆伊犁 835000）摘要：传统的燃油汽车给大气带来了严重的污染，且还受到石油储量的限制。我国已经启动停止生产和销售传统能源汽车的时间表，大力推动电动车发展，但充电桩的建设与电动车的保有量极度不匹配，给电动车车主充电带来极大地不便。本文为充电桩选址的建设费用、经济收入、预计线路改造投资费用、车位租赁费用和充电桩的运营费的几个影响因素设计一种科学的度量方法，然后建立一个以投资回收周期最短为目标的电动汽车的选址优化模型，为电动汽车用户提供一个方便快捷的服务环境，推动我国电动汽车的健康发展，提高我国在新能源汽车行业中的竞争实力。关键词：电动汽车，充电桩，优化，模型中图分类号：O213.1 Construction of Optimization Model for Electric Vehicle 5 10 15 Charging Pile Location Zhang Xi1, Liu Qiongsun1, Zeng Jie2 20 (1. Mathematics and Statistics School, Chongqing University, Chongqing 401331; 25 30 2. Mathematics and Statistics School, Yili Normal University, Yili, Xinjiang 835000) Abstract: Traditional fuel vehicles have caused serious pollution to the atmosphere and are also limited by oil reserves. China has started a timetable for stopping the production and sale of traditional energy vehicles, and vigorously promoted the development of electric vehicles. However, the construction of charging piles and the quantity of electric vehicles are extremely mismatched, which brings great inconvenience to the charging of electric vehicle owners. This paper designs a scientific measurement method for the construction cost, economic income, estimated investment cost of parking line, parking space rental fee and operating expenses of charging piles, and then establishes a shortest investment recovery period. The target location optimization model of electric vehicles provides a convenient and efficient service environment for electric vehicle users, promotes the healthy development of electric vehicles in China, and improves China's competitive strength in the new energy automobile industry. Key words: electric car, Charging pile, Optimization, model 35 0 引言汽车的能源主要依赖于石油。但石油的储存量会因大量汽车的快速消耗而接近枯竭，且汽车排放的尾气会给环境造成严重的污染。世界众多国家调整汽车发展战略，抢占轮汽车行业的制高点，法国、荷兰和德国等国家制定了停止生产销售传统能源汽车的时间表[1]。我国在 2017 年也启动了燃油汽车停产停售时间表的研究，截止 2017 年我国新能源汽车产销超过 40 百万辆，而公共充电基础设施总量为 17.1 万个且随意性大，公共桩建设量破万的区域只有 4 个，充电桩建设的速度滞后于新能源汽车的发展，给车主充电带来了极不方便。面向新能源汽车研发和运营的需求，实现新能源汽车保有量持续攀升，加快燃油替代，减少汽车尾气排作者简介：张曦（1982），男，统计学通信联系人：刘琼荪（1956），女，教授、硕导，概率论与数理统计. E-mail: liuqiongsun@163.com - 1 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 放，防治大气污染，国家对新能源汽车的逐步推广，电动汽车保有量及充电桩建设数量成爆发势增长，需要合理地规划充电桩的位置和数量，一方面为电动汽车用户提供便捷舒适的服 45 务条件，另方面，降低充电桩的建设成本，提高经济效益，推动电动汽车产业的良性发展[2]。本文设计了充电桩选址考虑的因素及其度量方法，然后建立一个基于投资回收周期最短为目标函数，选址因素满足的实际条件作为约束条件的优化模型。通过合理规划各站点的经济收入、充电桩的建设费用、预计线路改造投资费用、预计公变改造费用、车位租赁费用和充电桩的运营费用拟就充电桩选址为充电桩选址建立一个优化模型[3]。 50 1 选址模型的因素度量充电桩的经济收入来源于充电服务费上，充电桩的投资费用包括充电桩的建设费用、预计线路改造投资费用、预计公变改造费用、车位租赁费用和充电桩运营费用五个指标。 1.1 经济收入指标度量充电桩的经济收入（）是向电动车用户收取充电服务费，设一个充电桩寿命周期为 55 年，一年按照 12 个月计算，第年估计平均每月充电需求电量记为度，实际充电电量与预计充电电量的比例记为，充电桩每度电的最终收益记为元，因为它是一个常数，可以取，不影响模型的优化。因此充电桩的经济收入为元[4]。一般在公司的经济收入是采用万元为单位，所以充电桩的经济收入按照下式计算： 60 估计充电桩第年平均每月充电需求电量与它本身所在区域的电动车充电需求电量和近邻的充电桩有关，前者不难理解，后者是因为一个充电桩覆盖区域的电动车可能会选择到近邻的充电桩去充电，我们可以用充电桩之间的需求转移矩阵来描述，见表 1.1，其中表示。表 1.1 充电桩之间的充电需求转移矩阵充电桩 1 充电桩 2 充电桩 3 0 充电桩 1 充电桩 2 充电桩 3 … … 充电桩 0 … 0 … … … … … … … 充电桩 … 0 其中表示从充电桩到充电桩的需求转移系数。若充电桩的充电需求电量为 , 65 则表示从的转移充电需求量，充电桩向充电桩的转移系数与它们之间的距离相关，显然越大，充电站向充电站的充电需求转移量就越小，而且充电桩之间的充电需求转移矩阵是一个对称矩阵，即有，在不影响优化目标时，可按照下式选 - 2 - 1FNiiVfp1p=112NiipVf=1112/10000NiiFpVf==iiVMM12131M21232M31323MM1M2M3Mijijiiviijvijijijdijdijjiij=

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 取： 70 在计算充电桩的充电需求量时，需要考虑电动车的年增加量，不同充电桩所覆盖区域的电动车增加幅度可能不一样，对应充电量的增加量也不一样，可以用充电电量的年增长率来刻画 [5]，假设充电桩充电电量的年增长率为，充电桩在第年的估计充电量等于充电桩覆盖区域的电动车充电需求量加上其它充电桩转移到充电桩的充电量减去充电桩转移到充电桩的充电量， , 75 为充电桩的个数。因此得到充电桩在第年的估计充电量的估计量表达式为： 1.2 投资费用度量投资费用包括充电桩的建设费用、预计线路改造投资费用、预计公变改造费用、车位租赁费用和充电桩的运营费用五个方面。 80 （1）充电桩的建设费用充电桩划分为快充桩（直流充电桩）和慢充桩（交流充电桩）两类[6]，直流桩的设置依赖于用户选择快充的比例，若某站点覆盖的电动车选择快充的比例达到 20%，则该站点需要建立一个直流桩，否则只建设慢充桩。用表示直流桩的个数，表示慢充桩的个数: 85 目前直流桩的充电功率为 37.5 (单位：kW)，交流桩的充电功率为 7 (单位：kW)，充电桩的平均每小时的充电量应为直流桩和交流桩的充电量的和一个月按照 30 天计算，每一天按照 24 小时计算，则一个月的充电量为，若每，但实际上充电桩不是每时每刻都在充电，充电桩应该有一个使用率，因此充电桩的理论供电量 90 为。电动车用户需求在 5 年的快速增长后会进入平稳期，为了不造成资源浪费，选取第 5 年的预计需求充电电量作为充电桩理论供电量的阈值。直流桩的成本为 2 万元/台，交流桩的成本为 0.6 万元/台。充电桩的总成本的度量公式为： 95 (2) 预计线路改造投资费用预计线路改造投资费用与充电桩的规模以及候选站点的基础设施有关。当预选站点的充电需求功率大于线路理论剩余输送视在功率时，就必须改造线路以满足用户的充电需求。假设为预选站点的预计线路改造投资费用，为预选站点的线路理论剩余输送视在功率[7]， - 3 - 1jidjie−−=iirikkVi1(1)kiivr−+jiij11(1)(1)kkjjjiiiijvrvr−−+−+1,2,,jM=MikkV1111(1)(1)(1)MkkkkiijjjiiiijjVvrvrvr−−−==+++−+RdcXacX1, 20%0, 20% dcRXR=AV37.57dcacAVXX=+3024AV3024AV5V53024AVV1C1 20.6dcacXXC=+LSL

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 其取值视预选站点而定；充电桩的最大充电功率大于时，改造费用就必 100 须加以实施，不满足这个条件，线路不需要改造。因此预计线路改造投资费用的计算方法：其中（3）预计公变改造费用若预选站点的充电需求最大充电功率小于 108kW 时，则不必增加公变；若 105 于 108kW 时，就必须新增一台公变。此时需根据的大小决定新增公变的类型。若大介于 108kW 与 180kW 之间，则需要增加一台 200kVA 的公变，费用为 20 万元；若介于 180kW 与 450kW 之间，则需要增加一台 500kVA 的公变，费用为 30 万元；若介于 450kW 与 567kW 之间，则需要增加一台 630kVA 的公变，费用为 35 万元。用为预选站点的公变理论剩余容量，用表示变量，它们的取值如下： 110 由此得到预计公变改造费用的计算公式： 115 （4）车位租赁费用车位租赁费用只与预选站点的地理位置有关。用表示单个车位的租赁费用(单位：万元/年)，根据相关文件确定政府的车位费用为 0，学校医院的车位费用为 0.5 万元/年，大型商场及小区的车位费用为 0.8 万元/年。车位租赁费用的计算公式如下：，其中 120 （5）充电桩的运营费用充电桩的运营费用只与充电桩自身有关，直流桩与交流桩的运营费用均为 0.55 万元/年 [8]。充电桩的运营费用的计算公式如下：综上以上 5 个方面，预选站点的投资费用的计算公式如下： 125 其中：为一次性成本，为车位租赁费和充电桩运营费 - 4 - AV0.9AVSL2C2 CL=1, 0.90, AVSL=其他AVAVAVAVAVAVGL(14)ii01−11, 0.91080, GLAV=其他21, 108180 0, AV=其他31, 1804500, AV=其他41, 4505670, AV=其他3C1233420203035C=+++T4C4 ()dcacTXCX=+0, 0.5, 0.8, T=政府车位学校医院大型商场及小区5C50.55()dcacCXX=+2F123245()FCCCCNCN=++++123CCC++45CNCN+

中国科技论文在线 2 充电站选址优化模型 2.1 充电桩的最终收益 http://www.paper.edu.cn 预选站点的最终收益等于该站点的经济收入减去投资费用。最终收益的计算公式如 130 下： 2.2 选址优化模型的构建优化模型涉及到目标函数和约束条件[9]，政府或公司在投资以后首先考虑的问题是投资回收的周期，周期越短越好，因此可采用收回投资的最小年限作为目标函数，设投资收回年 135 限为，因此目标函数为：根据选址模型的因素度量方法得出如下的约束条件： 140 145 3 结束语 150 国家大力发展电动汽车，目的在于能够加快燃油替代，减少汽车尾气排放，防治大气污染、促进节能减排。本文只是建立了一个充电桩的选址优化模型，对这个模型的求解可以采用智能迭代算法[10-14]，但需要实际的数据，目前正在采集实际的数据，验证本文所建立模型的有效性，为下一步构建充电基础设施信息服务平台，统一信息交换协议，有效整合不同企 - 5 - F1212345111811111234- 12/10000() 12(1)(1)(1) 20.620/10000 (0.55)()3035()NiiNdcacdciiiiiijjjicijaiFFFpVfCCCCNCNpvrXXLTXXNvrvrf=−−−===+=−++++=+++−++++++++−+N minN120FF−(0.5)(20%) 0dcXR−−52430(37.57)dcacXXV+(0.5)(37.570.9)0dcacXXSL−+−1(0.5)(37.570.9)0dcacXXGL−+−2(0.5)(10837.57)0dcacXX−−−112=2(0.5)(37.57108)(18037.57)0dcacdcacXXXX−+−−−3(0.5)(37.57180)(45037.57)0dcacdcacXXXX−+−−−4(0.5)(37.57450)(56737.57)0dcacdcacXXXX−+−−−121234,,,,,,,0,1, 0,dcacXXZNZ++

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 业和不同城市的充电服务平台信息资源，促进不同充电服务平台互联互通，为制定实施财税、 155 监管等政策支撑”和“通过‘互联网+充电基础设施’，积极推进电动汽车与智能电网间的能量和信息互动，提升充换电服务智能化水平”。 [参考文献] (References) 160 165 170 175 [1] 曹秉刚,张传伟,白志峰.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报,2004(01):3-7. [2] 徐凡,俞国勤,顾临峰.电动汽车充电站布局规划浅析[J].华东电力,2009(10):61-65. [3] 吴春阳,黎灿兵,杜力.电动汽车充电设施规划方法[J].电力系统自动化,2010(24):41-44+50. [4] 李佩珩,易翔翔,侯福深.国外电动汽车发展现状及对我国电动汽车发展的启示 [J].北京工业大学学报,2004(01):55-60. [5] 段庆,孙云莲,张笑迪.电动汽车充电桩选址定容方法[J].电力系统保护与控制,2017(12):96-101. [6] 张国亮.城市内和城市间电动汽车充电站的选址布局研究[D].天津大学,2012. [7] 王荣,王海燕.智能小区汽车充电桩的发展探究[J].科技创新与应用,2015(27):74. [8] 郭艳东.城市电动汽车充电站规划研究[D].华北电力大学,2013. [9] 赖红松,董品杰,祝国瑞.求解多目标规划问题的Pareto多目标遗传算法[J].系统工程,2003(05):27-31. [10] 宁桂英.差分进化算法及其应用研究[D].广西民族大学,2008. [11] 郭鹏.差分进化算法改进研究[D].天津大学,2012. [12] 谭跃,谭冠政,邓曙光.Hybrid particle swarm optimization with chaotic search for solving integer and mixed integer programming problems[J].Journal of Central South University,2014:183-194. [13] Tahir Nadeem MALIK,Salman ZAFAR,Saaqib HAROON.An improved chaotic hybrid differential evolution for the short-term hydrothermal scheduling problem considering practical constraints[J].Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering,2015(05):72-85. [14] 康钦马.A hybrid differential evolution algorithm for meta-task scheduling in grids[J].High Technology Letters,2009(03):37-42. - 6 -

分享到：

赞收藏

资料库

电动汽车充电桩选址优化模型的构建.pdf

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料