一种电动汽车充电桩的布局规划方法①

2024-01-06保丽霞王秋兰王东波朱薛豪

佳木斯大学学报（自然科学版） 2023年6期

保丽霞, 王秋兰, 季楠, 王东波, 王超, 朱薛豪

(1.上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司,上海 200011;2.天津经济技术开发区建设和交通局,天津 300450;3.吉林大学交通学院,吉林长春 130000)

0 引言

随着电动汽车数量的增加,对电动充电桩的需求也在增加。电动充电桩的位置规划需要考虑城市道路网、交通线路、商业区和居民区等因素,并确保经济可行性[1-2]。目前,国内的电动充电桩位置规划研究还处于初步阶段,充电桩的建设已成为制约电动汽车发展的重要因素。

2019年9月19日,中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》中提到的“开展绿色出行行动,倡导绿色低碳出行理念;科学规划建设城市停车设施,加强充电、加氢、加气和公交站点等设施建设”。2020年3月4日,中央政治局常委会会议提出新能源汽车充电桩作为“新基建”,已是国家经济发展布局的重中之重。充电设施的合理布局规划,逐渐成为了国内各大中型城市的热点问题。

提出了一种充电桩规划方法。首先,分析了电动汽车发展不平衡对规划的影响,确定了充电需求;然后,将社会充电桩作为辅助充电桩,根据充电桩的位置确定设施的位置。最后,考虑了电动汽车充电时间对充电负载的影响,以确定充电桩的容量。

1 充电桩规划流程

1.1 配置原则

根据《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》的相关要求,结合实际运行反馈的情况,不同类型车辆充电基础设施的配置原则:

1)公交车在公交首末站设置专用充电站,按照8:1或16:1配置;

2)网约车、出租车在出行热力区附近规划建设公共快充站,按车桩比3:1配置;

3)环卫、物流、邮政及公安巡逻车辆按车桩比1:1配置,需要夜间慢充和临时快充补电;

4)公务用车按车桩比1:1配置,需要夜间慢充和临时快充补电;

5)私家车在小区公共或专用停车位进行充电,按车桩比1:1配置,夜间补电频率高。

1.2 规划流程

根据不同类型电动车的充电需求,将充电桩分为市域内、私人、配建和公共四种类型[3-4],以满足不同类型电动汽车的充电需求。通过最短充电距离建模确定充电桩位置,预测充电负荷并满足容量,充电桩数量由电动车辆最大充电负载决定[5],图1为充电桩规划流程图。

2 充电桩规划方法

为了满足道路上的紧急充电需求,可以将其分配给路网中的各个分支[6]。充电需求量取决于交通流量和道路长度的乘积,因此公式(1)中的充电需求量会随着这些因素的增加而增加。

QU,t,i∝di·vi

(1)

可以综合考虑道路的实际情况、环境因素、政策因素和地理信息,在道路上选择候选站点。

图1 充电桩的总体规划流程

2.1 目标函数

综合考虑建设投资成本、运营成本和用户收费成本,目标函数为年运营投资综合成本最小,见式(2):

minC(Nch,Ys,XD)=

cinv(Nch,Ys)+coper(Nch,Ys,XD)

(2)

cinv(Nch,Ys)为电动汽车充电站投资成本,coper(Nch,Ys,XD)为充电站运行成本。电动汽车用户的成本主要与用户与充电站之间的距离和充电需求有关,见式(3)、(4)。

(3)

(4)

年投资成本是决策变量Nch和Ys的线性函数,由未来成本换算成当前成本加上资产回收系数δ,见式(5)

(5)

利用Floyd最短路径算法计算从充电需求点到候选充电站的最短路径。

2.2 约束条件

2.2.1 充电需求约束

(6)

2.2.2 一般约束条件

电动汽车充电站数量的约束如式(7)所示。

(7)

每个充电站的容量也有一定的上下限,也就是充电器数量的约束。

(8)

(9)

(10)

而充电需求Dj必须在某一个站点满足,所以xij也遵循以下约束:

(11)

2.3 模型建立

根据以上分析,快速充电站规划优化模型可推广为以下数学模型:

(12)

3 实例分析

以天津市经开区为例,运用上述模型和方法对电动汽车充电设施进行规划。根据天津市交科委公布的数据,天津市机电动汽车保有量约为29.5万辆,电动私家车18.7万辆,绿标出租车1.2万辆,电动公务用车1.6辆,电动公交车约7,500辆左右。由于不同类型电动汽车的渗透率不同,结合电动汽车发展趋势,对未来不同年份汽车规模进行预测,如表1。