电动汽车充电设施规划方法简述

徐杰

摘要：完善电动汽车充电设施配套建设是发展新能源汽车的重要保障。通过对电动汽车充电设施规划流程及方法的研究分析，科学、合理地推进充电设施建设，有效提高电动汽车用户的充电满意度和充电桩使用效率，降低充电站的建设和运营成本，同时适应新能源汽车产业化发展的需要。

关键词：电动汽车；充电设施；规划；需求预测；选址定容

0引言

充电设施是电动汽车发展的重要基础，对促进电动汽车的商业化、产业化具有重要的推动作用。随着电动汽车的推广普及，充电设施规划与建设将进一步规模化、网络粧化、智能化。现有的充电数量与电动汽车数量基本达到标准配比，但是由于充电桩布局过程中没有从电动汽车出行规律的角度分析充电需求的分布情况，造成了很多充电桩闲置的局面，充电需求得不到满足。在满足电动汽车充电需求及城市用电负荷的前提下，避免不必要的公共资源浪费，如何科学合理地开展充电设施规划和空间布局尤为重要。

1、充电设施规划原则

电动汽车充电设施规划属于新型市政专项规划，规划原则与诸多市政规划相似，充电设施规划参考以下原则：一是充电设施分布与电动汽车交通密度和充电需求分布尽可能一致，充电设施网点数量应尽可能与充电需求分布保持一致，与电动汽车交通密度成正比；二是充电设施规划应与城市总体规划、电网、路网规划相结合[1]，充电设施是城市基础设施的一部分，其选址布局应与城市规划和路网规划相匹配，由于充电设施功率较高，需同时立足于电网布局规划。

根据以上原则对充电设施的需求进行评估，构建符合需求的充电设施规划模型，科学预测充电设施规模，最大限度地发挥充电设施的基础作用。

2、充电设施规划流程

电动汽车充电设施规划编制的主要内容是分析研究现状和存在的问题，明确规划依据；依据城市发展和行业发展目标[2]，确定电动汽车发展策略，运用合理的模型方法对电动汽车保有量进行预测；根据电动汽车出行规律及充电行为预测充电需求；根据城市、路网及电网规划情况，对电动汽车充电设施进行选址布局、定容；最后对充电设施进行经济效益分析。具体流程图如图1所示。

2.1現状分析

对规划区域内现有的各类型电动汽车数量（按用途分私人、租赁、公交、物流等）、充电设施数量（包括公共、专用、私人）、充电设施布局情况等相关数据进行统计，同时对规划区域内政府对电动汽车以及充电设施的整体发展规划及目标、相关政策等进行收集，分析现阶段存在的问题，为充电设施规划提供基础数据支撑。

2.2电动汽车保有量预测

根据电动汽车发展趋势及政府规划预测规划年限内各类型电动汽车数量，由于现阶段电动汽车推广受政策影响较大，可根据政府规划年的发展目标采用更新替代法预测各年度电动汽车保有量，对于无推广目标的采用千人汽车保有量法预测电动汽车保有量。

2.3 充电行为分析

随着电动汽车出行数据及充电运营数据分析的不断深入，可以越来越准确的分析电动汽车出行规律与充电行为。

电动汽车的出行规律与充电需求紧密相关，准确地描述电动汽车的出行特征及规律是预测充电需求的基础。电动汽车的出行规律具有两类特征量：时间特征量和空间特征量[3]。时间维度的特征量可以描述电动汽车出行活动在一天或者更长时段内时间上的规律，包括出行起始时刻、行驶时长、到达目的地时刻、目的地停驻时长等；空间维度的特征量可以描述电动汽车一天内在空间上的转移，包括出行起始地点、出行目的地、出行选择的路径以及行驶里程等。从这两个维度统计这些特征量的概率分布情况，则能准确的预测电动汽车充电需求的时空分布情况。

决定用户充电方式的主要有两方面因素：主观偏好因素和客观因素。主观因素主要受电动汽车车主的偏好，包括电池最低荷电状态和充电方式（直流、交流、换电）；客观因素主要受出行规律的影响，包括运行时间及里程、目的地停留时间、电池状态、充电设施位置等。

根据电动汽车出行规律与充电方式可得出电动汽车充电时间、充电时长、充电次数、充电量等。

2.4充电需求预测

电动汽车充电需求与电动汽车保有量、日平均行驶里程以及单位里程综合能耗水平有关[2]。对各类电动汽车车型的出行规律进行分析，构建充电需求预测模式，根据电动汽车保有量和用户的充电行为，预测充电需求总量，并根据驾驶行为和充电模式按一定比例划分到不同的区域，再根据各类型充电设施能满足的比例计算具体的数量规模。

充电需求数量主要由电动汽车保有量决定，一般而言，保有量越大，充电需求量越多；充电需求发生的时间、地点和类型则主要由电动汽车的出行规律和充电决策所决定。电动汽车具有移动性，移动过程的不确定性决定了预测其充电需求需要以准确分析电动汽车的出行规律为前提[3]。一般来说，电动汽车根据出行规律可分为两类[2]：一类为固定线路运行车辆，以公交、市政车辆等为主；一类为随机线路运行车辆，以出租、网约、私人、物流车辆等为主。

2.5 充电设施选址定容

充电站选址和定容也是一个多目标优化问题，需综合考虑用户需求、经济因素、交通因素、电网因素以及服务网络可靠性，既要提高充电站的服务水平又要降低充电站的建设成本。

准确预测电动汽车负荷的动态时空分布规律是规划电动汽车充电站地址与容量的基础[4]。电动汽车负荷预测主要有以下两种：一是对电动汽车快充历史负荷数据进行研究，找出变化规律并建立相关的数学模型进行预测，此方法类似于传统电力负荷预测方法，在模型特征建立准确时有较高的精度。二是将电动汽车当作交通载具，统计其出行及快充时空分布规律，建立电动汽车充电需求与充电行为相关的概率模型，再对之进行预测。

充电设施位置及规模大小的合理规划，有利于电动汽车发展，减少一些不必要的资源浪费[6]，主要考虑以下因素：

一是充电运营商方面，充电设施的建设及运营成本，考虑其服务范围对用户的影响；

二是充电用户方面，考虑便利程度及充电成本，包括时间成本（用户到充电站的时间损耗、排队等待时间、充电时间）及充电费用；

三是现有充电设施运营情况；根据现有充电设施运营情况，对利用率较高的站点考虑增建，利用率低的站点考虑迁建。

为了提高电动汽车用户充电满意度，在进行充电站布局时，还需为充电站设定服务水平标准。充电站服务水平包含平均充电距离和充电需求满足率两个方面。平均充电距离越短、充电需求满足率越高，则充电站服务水平越高；否则，充电站服务水平越低。

2.6电网供电能力校核

考虑充电设施与电网错峰运行，实现“削峰填谷”的作用，充电负荷特性总体呈现电网负荷高峰时充电负荷小，电网负荷低谷时充电负荷大[5]。对于电网负荷高峰时，考虑充电负荷与之叠加，主要校核110kV及以上电压等级电网供电能力；对于电网低谷负荷时，充电负荷出现高峰，主要校核10kV电网供电能力。

2.7投资效益分析

充电站建设成本主要由四部分组成[6]：固定投资成本、充电桩及配线费用、变压器费用和土地费用。按目前市场标准选取单桩造价，计算固定投资成本。根据运维成本、收取服务费用、政府补贴等计算动态投资回收期。同时对投资效益进行测算，包括减少碳排量、拉动电动汽车及充电设施产值等。

目前电动汽车推广受政策影响较大，在规划实施过程中需要根据充电设施的运营实际情况来动态调整，以确保充电设施的经济效益达到最大值，并确保电动汽车充电设施满足预期的运行需求。

结语

电动汽车充电设施作为电动汽车供应能源的基础设施，其规划、建设的合理性、便利性都是电动汽车普及及产业发展的关键。在研究与分析电动汽车充电设施规划方法的过程中，应该立足于电动汽车充电需求多样化的特点上，从多个方面针对充电方式问题以及充电设施规划问题进行统筹规划与合理部署，确保所选择的充电方式满足充电需求。

參考文献

[1]徐凡，俞国情，顾临峰，张华. 电动汽车充电站布局规划浅析[J]，华东电力，2009，37（10）：1679.

[2]晏剑辉，攀明哲. 电动汽车充电设施规划方法[J]，中外企业家，2020，18：251.

[3]李映炼. 基于电动汽车出行链的城市充电站布局研究[D]，北京交通大学，2018：21.

[4]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，2016：34.

[5]杨汉清. 电动汽车充电站规划及运营分析[J]，科技经济导刊，2019，27（10）：62.

[6]曾雅文，李娟，周捷，等. 电动汽车充电基础设施规划[J].中国电工网，2020（9）：31.