基于伏罗诺伊图电动汽车充电站选址研究.docx

基于伏罗诺伊图电动汽车充电站选址研究学院:经济管理学院授课时间:2015-2016学年 第一学期 课程名称:物流管理研究创新教育方法论学生姓名:王杰 （13241090）黄思翔（13241007）骆叶菲（13241014）杨晖彦（13241307）任课教师:张菊亮提交日期:2015年01月14日基于伏罗诺伊图电动汽车充电站选址研究王杰，黄思翔，骆叶菲、杨晖彦（北京交通大学，北京 100044）Location Research of Charging Station of Electric Cars Based on Weighted Voronoi DiagramWANG Jie, HUANG Si-xiang, LUO Ye-fei, YANG Hui-yan（Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China）ABSTRACT: This paper presented a novel method for charging station location planning based on weighted Voronoi diagram, which could optimize the location and power supply area of charging station while the number and capacity of the charging station were predefined. A new weighting coefficient expression was proposed based on the characteristic of the charging station and load distribution. By introducing the self-adaptation of the weighting coefficient, the charging station location method was presented based on the weighted Voronoi diagram. Test results indicate that the method is more reliable and reasonable than each method.KEY WORDS: charging station planning; self-adaptation; weighted Voronoi diagram; charging station location摘要：对于充电站选址规划问题，本文提出一种基于加权伏罗诺伊图充电站规划方法，在充电站数量和容量组合确定的情况下，对充电站的位置和供电范围进行优化。根据充电站及负荷分布的特点，给出全新的权重计算方法，他的权重可自适应调整，从而形成基于加权伏罗诺伊图的充电站规划方法。算例结果表明所提方法不仅在充电站站址的确定方面，还是在充电站供电范围的划分方面都比单一方法可靠、合理。关键字：充电站规划；自适应调整；加权伏罗诺伊图；充电站站址 1 引言随着电动汽车的普及，电动汽车充电站必将成为汽车工业和能源产业发展的重点。国家能源局制定的电动汽车充电基础设施建设规划以到2020年实现500辆新能源汽车发展目标为预判，总体设想是将来重换电站数量达到1.2万个，充电桩数量达到450万个，全国多个城市陆续推出大规模建设充电设施的发展规划。而目前针对电动汽车应用的充电站建设规划布局理论尚未完整成熟，各地的充电站建设尚处于定点示范建设阶段，没有建立于车辆应用、电网规划、城市规划相结合的充电站布局选址理论。充电站建设的规划与布局面临着供电能力、服务能力与城市用地紧张的矛盾，科学合理的充电站空间布局规划具有十分重要的意义。早期学者提出的新能源供应站的基本优化布局的方法和模型可归纳为两类: 点需求模型1和流量需求2模型。点需求模型适合于在家或者工作场所附近补充能源的行为习惯，其局限性在于补充能源需求产生的位置不仅仅局限于住所和工作场所,出行中随时可能产生求，同时该模型选址结果无法满足新能源供应站不断增加的连续性需求。流量需求模型则更多关注途中补充能源的行为习惯，主要缺点是没有区别出行距离的长短和供应站的服务能力,因此该模型难以满足较长距离的出行需求,难以应用于区域供应站优化选址3；忽略供应站的容量而假设路径上的供应站能够满足所有车流量的需求也是不现实的。本文针对充电站规划问题，提出伏罗诺伊图充电站4规划方法，对充电站的位置和辐射范围进行优化。尤其是在解决负荷密度不均匀情况下供电范围合理划分方面伏罗诺伊图具有天然的优势，该方法使规划充电站的辐射半径划分更为合理，具有理论研究价值。2 充电站优化选址的数学模型充电站选址优化问题可描述为：在规划目标年负荷分布已知的情况下,确定待建站的数量、位置、充压器的容量和台数以及充电站的供电范围,以满足充电站所带负荷为约束条件,使充电站和网络投资及年运行费用之和最小6-8。该选址优化问题的数学描述如下：minC=i=1nf(Si)r01+r0ms1+r0ms-1+u(Si) r01+r0m11+r0m1-1i=1NkJilik+i=1NkJiPik2liks.t. kJiPkSiicos i=1,2,N J1J2JN=J likRi式中：N为已有和新建充电站的总数；n为新建充电站的个数；f(S i )为第i个新建充电站的投资费用；u(Si )为第i个新建充电站的年运行费用；Si为第i个充电站的容量； i 为第i个充电站的负载率；Ji为第i个充电站所供负荷的集合；J为全体负荷点的集合； lik 为第i个充电站新增第k条线路的长度；Pik 为第i个充电站第k条线路所带负荷(有功负荷)；ms为充电站的折旧年限；ml 为充电站低压侧线路折旧年限；r0 为贴现率；cos为功率因数；Ri为第i个充电站供电半径的限制； 为单位长度线路投资费用； 为线路网损折算系数。3 基于加权伏罗诺伊图的充电站选址3.1 加权伏罗诺伊图伏罗诺伊图也称泰森多边形9,目前广泛地应用在地理空间设施选址分析方面,在充电站选址方面也已开始得到应用。设平面上的一个控制点集P=p1,p2,pn ,3naitait-1a增大权重减小权重it-1bit+1it+it-跳转至，根据it+1重新确定各充电桩的供电范围，直至各充电桩所带负荷全部满足负载率要求。3.2.5 算例结果及分析 在算例中，22我们以北京市五环内约667km2的土地为例，根据权重计算将其分为20个充电桩覆盖区域。其中包括30kw充电桩4个，50kw充电桩12个，100kw充电桩4个。图3-1 本文方法规划结果通过本文算法与以往的研究进行对比，如下表所示表3-1 不同方法的实际负载率对比充电站参数文献数据本文数据1#4x30kw0.8750.7802#14x50kw0.7060.6503#2x100kw0.6620.613由此可知，本方法使负荷分配更加均匀，满足规划对负载率的的要求。除此之外，本文方法规划的供电区域跨街道更少，供电范围更合理，更符合实际。表3-2 不同规划方案下的费用方案投资/万元文献方法11041.43本文方法11017.98充电桩选址问题是一个高度非线性问题，极值点众多，且这些极值点目标函数值非常接近，过度追求数学意义上的最优解对实际工程意义不大23。本文方法经大量计算得到的20个局部最优解在工程上的费用差异可以忽略，但从规划结果图看差异却很明显,所以还得根据实际情况来采取最后的决策。4 结论本文在初始充电站站址确定的情况下，提出的基于自适应调节权重的加权伏罗诺伊图充电站选址方法 (WVD方法 )具有很好的计算稳定性，费用也有了较大的节约，并且克服了传统方法在充电站充电区域划分和负载率无法控制等方面的缺陷，使规划后的充电站供电区域分配更合理，负载率更均衡。但是这仅仅是理论上的论述，在实际的工程中，最终决策需依靠经验丰富的规划人员做出。参考文献1 HWOON M. 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