基于电动汽车出行时空特性分布的充电站优化模型研究

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随着全球经济的迅猛发展,各行业能源需求量飞速增长,引发一系列的环境污染和能源安全问题。电动汽车低碳环保、经济智能等优点使其在汽车行业得到广泛关注。电动汽车规模化应用有效减少汽车行业的碳排放量,并减少对化石能源的依赖。当前,我国大力推行电动汽车及其充电设施建设,截至2020年底,纯电动汽车保有量超400万辆,私人充电桩87.4万,公共充电桩79.8万个,规模位居世界首位。合理的充电设施布局建设是影响电动汽车发展的重要因素,而目前由于充电站选址不合理、服务模式有待完善等问题导致充电设施利用率低下。同时充电设施的不便利性降低了用户满意度,从而使电动汽车的推广应用受到严重影响。因此,文章通过对电动汽车的保有量进行预测,研究电动汽车出行时空分布情况,制定合理的充电设施选址定容方案,有利于推动电动汽车行业健康发展,具体研究内容如下:(1)考虑影响电动汽车保有量增长的因素,包括政策媒体影响、技术更新程度以及价格成本,确定BASS模型中的创新系数、模仿系数和价格系数;考虑私家车的自然增长和电动汽车的市场渗透率,建立电动汽车保有量预测模型;根据给定城市私家车保有量的历史数据,预测不同场景下的电动汽车发展规模,为接下来的工作夯实基础。(2)以NHTS数据集为基础,分析电动汽车的出行行为,建立出行时空特性分布模型;分析SOC对电池循环寿命的影响,制定以SOC为判定依据的充电决策机制;基于蒙特卡洛算法模拟用户一天的出行时空分布和充电行为,得到电动汽车基于出行时空特性的充电需求数据,结果用作后续充电站规划的基础数据。(3)研究充电站布设四项原则,以建站经济性原则作为建设目标,兼顾充电站运营商投资成本和电动汽车用户成本,构建全社会成本最低的充电站优化模型,模型约束条件充分考虑充电便利性、建设可行性、电网安全性原则;利用Voronoi思想用于划分充电站服务范围,通过差分进化粒子群算法求解得到最优的充电站选址定容方案;最后算例仿真验证优化模型和算法的可行性和经济性,对城市充电设施规划具有指导意义。分析结果表明,本文所提基于电动汽车出行需求的充电站选址定容优化模型及算法,能有效提高充电桩利用率,降低充电站运营商投资成本和用户成本,提高用户满意度从而促进电动汽车产销,助力电动汽车行业健康发展。
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