电动汽车充电站规划模型及评价方法

1、 电动汽车充电站规划模型及评价方法 摘要：电动汽车具有零排放、无污染、能耗低、能源利用率高等优点，这些显著的优点使得电动汽车目前正受到全世界各个国家的大力推广使用，但是电动汽车要想进入寻常百姓家，必须要有数量充足、使用便捷的充电站。但目前关于充电站布局规划还未有一套系统、全面的理论方法。各地的充电站建设仍处在定点示范阶段，还没有建立起与城市的交通、电力、环境、土地、成本、规划等方面综合起来的电动汽车充电站布局规划理论体系，这些都严重影响了电动汽车的使用和推广。本文以此为出发点，研究了充电站的布局规划方法。关键词：电动汽车；充电站；评价指标；规划；前言发展电动汽车产业是减少温室气体排放和降低对化

2、石燃料依赖的一种重要举措。随着电动汽车技术，特别是电池技术的发展，以及一些国家在政策上的大力支持，电动汽车在过去的十多年间得到了快速发展。电动汽车充电站能够为电动汽车提供充电、维修等服务，是发展电动汽车产业所需要的重要设施。充电站规划主要包括选址和定容，其规划合理与否不仅影响电动汽车用户出行的便利从而影响电动汽车的推广使用，还会影响配电系统的电能质量。因此，如何在满足相关约束条件的情况下，使充电站能够为更多的车主提供便利服务，且尽量减少对配电系统的负面影响，就是一个亟须研究的重要问题。一、充电站概述目前使用较成熟的充电方式有快速充电、常规充电及电池更换这三种形式。除了常见的这三种方式外，还有两

3、种充电方式目前还在研究当中，分别是移动充电、无线充电。目前除了电池更换外，其他充电方式不拆卸电池，也叫做整车充电。1.快速充电快速充电也叫做应急充电。运用该种方式可在较短的时间里完成车辆电能的补给。在车辆充电时电流可达到150/400a，车辆的充电用时与普通车辆加油消耗时间相当。由于这种方式在初期建设时装置投资费用较高，同时充电机功率高达30kw，电压为380v，由于高功率高电压的工作条件，使得这类充电方式多在大型充电站或者公路旁作为应急使用，主要为长途客货运输车辆及一些急需快速补充电能的电动汽车提供充电需求，这些车辆的充电时间一般在1030min。2.常规充电常规充电也称为慢速充电，车辆充电

4、时电流约为15a，这种方式常见于小型充电站、充电桩或者家用充电。这种充电设备通常放在车辆后备箱或固定在车上，当车辆需要充电时，可将充电机插头插入插座中直接充电，整个充电时间过程大约为5至8个小时，所需时间较长，但对电压要求不高，且各类设备及安装费用也不高，可以合理地使用用电低谷期，完成电动汽车的充电需要，减少充电费用。3.电池更换电池更换也叫做机械充电。当电池电力耗完后，用充满电的电池组更换电量过低的电池组。当电动汽车需要更换电池时，可将电动汽车停放在规定的地方，在运用相应的工具设备将车辆中的电池组取出来，替换上满电的电池组。至于换下来的电池组，可以放在服务站充电也可以统一收集后在充电，这个过

5、程约为10min，与普通汽车在加油站用时类似。4.无线充电无线充电时不再使用电缆线来传递能量，而是采取无线充电的方式，在电动汽车上安装车载感应充电机。目前应用技术较为成熟的是电磁感应技术。当车辆在停车位停下来后，通过无线直接接入充电场的通信网络，建立起车载系统与地面系统间的通路连接，从而完成车辆间信息的交换。受到技术及设备的限制，目前无线电充电技术还没有大批量的应用，仍处于研究阶段。5.移动式充电方式移动式充电（mac）即在公路上建设充电线路，车辆可以在运行的同时边走边补充电能。用户可以省去停车、寻找充电站的时间。目前mac系统有两种模式，即接触式和感应式。接触式mac系统工作原理是利用接触拱

6、与充电元件接触时产生的电流为电动汽车进行充电。感应式mac系统工作原理是运用感应线圈与高电流绕感应产生电流为电动汽车进行充电。通过这两种mac系统工作原理及优缺点的分析可以看出，感应式更受欢迎。二、充电站规划模型和评价方法充电站规划不仅要考虑用户充电的方便性，还需要综合考虑充电站接人配电系统后对电能质量的影响和系统运行的安全性与经济性，因此是一个典型的多目标优化决策问题。一般而言，重要交通节点(如火车站、汽车站、大型超市和大型居民区等)也是电力系统的重要负荷节点。此外，由于充电站需要满足车辆行驶中的充电需要，同时也是规模较大的负荷节点，因此可以考虑将充电站的候选位置设定在交通网络和配电系统的重

7、合节点。1.规划原则充电站的建设必须遵循就近服务原则和发展与市场需求保持一致等原则。若其建设规模与速度落后于市场需求，则会阻碍电动汽车的推广;若供大于求，则容易造成土地、设备、资金等资源的浪费。此外，充电站的设置还应满足城市总体规划和路网规划要求。2.充电站布局规划模型求解方法本文建立的模型可运用遗传算法（ga）、模拟退火法（sa）、等算法进行求解。在单独使用ga或者sa算法时，两种算法都会有不足的地方，但是将它们结合时，就能将这两种算法的优缺点互补，从而形成一种优化方法（混合遗传模拟退火算法）进行模型的求解。（1）基本思想这种优化算法是在完成ga的选择、交叉、变异后，对新生成群体中个体执行s

8、a操作，由sa状态函数产生一组新的个体，以相应的概率接纳新的个体，形成新一代种群。对这个运算过程一直重复操作，直到达到该优化算法的终止条件时结束运算。混合遗传模拟退火算法结合了ga算法和sa算法两者间的优点，因此该算法同时具有有ga、sa算法的优点，使运算效率得到了提高。（2）在执行ga算法后引入退火思想，减小了ga算法的选择压力;对产生的新一代个体以一定的概率来接受，增加了算法的全局收敛性，还加强了算法后期的收敛速度。在sa算法中引入ga算法思想，既提升了算法的搜索速度，同时也增强了sa算法对局部收敛问题的处理能力。该算法的计算步骤为初始化种群、运行参数；执行ga选择、交叉、变异操作；对产生

9、的新一代种群，实行sa操作；判断是否满足收敛条件。若不满足则进行退温操作，转入第二步中;若满足则输出结果。优化算法的步骤如图所示。3.充电站布局规划方案评价方法分析（1）模糊层次分析法（fahp）概述本文采用模糊层次分析法（fahp）将定性问题定量计算，利用层次分析法与模糊数学组合而形成的评价方法。它在使用时降低了由于主观上的臆断造成的各类评判误差，改变了ahp在使用过程中多是进行定性分析，定量分析较少的问题，提高了层次分析法的精确性，将较为繁琐的问题简化，将繁琐的过程运用数学方法处理，易于使人理解，使获得一致性模糊判断矩阵的方法更加简单，从而提高了充电站规划方案评价的准确性。（2）模糊层次分析法（fahp）主要步骤运用模糊层次分析法fahip）对充电站布局规划方案评价时主要有以下五个步骤分析问题，判断评价系统中各指标间的逻辑性，然后构建多层次的递阶结构模型;对相同层的因素可以用上一层的因素为标准进而两两进行比较分析，利用层次分析法得到每个因素的权重大小;运用相关计算，得到各要素的隶属度;计算规划方案的综合评估值;根据计算结果进行方案的综合评价。结束语综上所述，本文主要阐述了与本文研究内容相关的基础概念和布局规划理论方法等。介绍了电动汽车及充电站的基本定义和相关理论知识，然后对不同类型的车辆的充电方式进行了分类，