电动汽车充换电设施规划研究

1、题目: 电动汽车充换电设施规划研究 目 录 【摘要】. 11 概述 .11.1研究背景及意义 11.2国内外发展现状 .21.2.1 国内发展现状 .21.2.2 国外发展现状 .21.3 本文的主要内容 .22 充换电设施概述 .32.1 电动汽车的2种充能方式的介绍.32.1.1换电方式 .32.1.2 充电方式 .42.1.3 三种充能方式的比较 .52.2电动汽车的充换电设施介绍 .52.2.1充电桩 .52.2.2电动汽车电池配送站 .62.2.3充换电站 .62.2.4大型集中充电站 .72.2.5充换电站的工作模式 .73充换电设施规划的模型研究 .73.1充换电设施规划的影响因

2、素分析 .73.2充换电设施总体规划的基本思路 .83.2.1 电动汽车充换电站规划模型及规划方法 .83.2.2电动汽车配送站的规划模型及规划方法 .123.2.3大型集中充电站的规划模型及方法 .13324充电桩的规划方法 .153.2.5电动汽车充换电设施规划总结 .164 电动汽车充换电设施规划的算法编程 1741 充换电站的选址及定容编程 17411 充换电站的选址及定容程序算法流程图：.174.1.2 充换电站的选址及定容程序界面 18413 充换电站的选址及定容程序代码 .194.2 配送站的选址及定容编程 234.2.1 配送站的选址及定容程序算法流程图 234.2.2配送站的

3、选址及定容程序界面 .254.2.3 配送站的选址及定容程序代码 .2543 大型集中充电站的选址及定容编程 .29431 大型集中充电站的选址及定容程序算法流程图 .294.3.2 大型集中充电站的选址及定容程序界面. .304.3.3 充换电站的选址及定容程序代码 .3044 充电桩的规划编程 32441 充电桩的规划程序算法流程图 .324.4.2充电桩规划程序界面 .324.4.3 充电桩规划程序代码 .335 电动汽车充换电设施规划算例及分析 346 总结与展望 41【参考文献】 .42致谢 43【Abstract】.44电动汽车充换电设施规划研究【摘要】 本文以电动汽车未来发展的良

4、好前景,但相关的配套设施没有成熟的规划方法为背景, 考虑到不同电动汽车充换电设施间的联系,对不同的电动汽车充换电设施进行统一规划. 在规划过程中, 本文以国家倡导的”换电为主,充电为辅”的电动汽车充换电设施规划前提为方针, 考虑到电动汽车充换电设施的服务水平与服务对象的不同,提出了分层次以对不同的电动汽车充换电设施进行合理规划的规划思路,并在此基础上提出了可行的规划的具体方案, 并按照规划方案编写了相应程序以简化计算,最后以一个算例来证明该规划方案的合理性. , 【关键词】 电动汽车充换电设施规划 层次规划法 数学建模 算例分析 1 概述1.1研究背景及意义 随着环境污染和能源危机的日益严重,

5、 以可在生的电能做驱动能源的电动汽车因其环保,节能两大优点而受到广泛的关注,电动汽车必然是未来汽车的主要发展方向,大规模的推广电动汽车对促进社会的可持续发展具有重大意义. 电动汽车充电站能够为电动汽车提供功能、维修等服务，是发展电动汽车产业的重要设施。电动汽车充换电基础设施建设是电动汽车产业系统工程中重要环节之一,完善的电动汽车充换电服务网络是电动汽车市场化推进的基础和前提。电动汽车充电设施的不足是制约电动汽车发展的重要限制因素。在电动汽车发展的初步阶段，需要规划大量的电动汽车充换电设施。 研究电动汽车充换电设施规划理论体系,不但可以合理利用城市中有限的各种资源建设电动汽车充换电设施, 而且能

6、够在充换电需求和资源利用之间取得很好的平衡,使之既能满足电动汽车的充换电需求、提高电动汽车用户充换电的便利性,还能够合理的利用资源,不致造成资源的浪费;对电动汽车的普及具有重要意义.1.2国内外发展现状1.2.1 国内发展现状 相比欧洲发达国家,我国电动汽车产业发展较晚,在2000年开始规划研发新能源汽车技术,主要是推动纯电动汽车,混合动力汽车以及燃料电池汽车的发展.在政府政策的大力支持以及电池等关键技术不断取得进步的条件下,我国电动汽车产业取得了很大的进步. 目前,国家已经出台了一系列推进电动汽车产业化发展的政策法规,制定了产品准入标准,公布相关补贴的具体实施办法,提出了一系列鼓励购买电动汽

7、车的优惠政策. 2009年,科技部和财政部共同推出了电动汽车示范运营的”十城千辆工程”，“十二五”期间，我国将把大力发展电动汽车产业提高到国家战略高度。 2011年,国家能源局发布了电动汽车充换电设施技术导则的征求意见稿。近几年由于受到各地补贴政策的持续发酵，新能源汽车销量出现明显增长。 截至2014上半年，新能源汽车累计销量在6万辆左右。然而作为其基础配套设施，上半年累计建成充电桩为2.5万个左右。按照日前颁布的政府机关和公共机构购买新能源汽车实施方案规定，充电接口与新能源汽车数量比例不低于11。目前充电桩数量已经不能满足新能源汽车的需求。 今年以来，北京、上海等地政府陆续推出大规模建设充电

8、设施的发展规划。其中北京拟3年内建设1万个快速充电桩，并且明确提出电动车企需要执行先建桩后卖车的规定。除此之外，特斯拉也加速布局国内市场。在各地政府以及特斯拉的带动下，充电设施将迎来一轮建设高峰 。 目前我国还没有形成一套合理的充换电服务网络规划建设的理论体系。这几年来虽然政府大力鼓励和支持电动汽车发展，企业也纷纷的响应，由于相关的配套产业发展滞后，导致配套设施进程发展缓慢，覆盖面也不广，各地企业充电站、充电桩设备标准不统一，使企业在研发、生产、销售这些方面没有明确的目标，拖累了整个电动汽车发展的进程. 1.2.2 国外发展现状 国际上电动汽车概念的出现和发展要早于国内，由于相关技术的发展比较

9、成熟和相关政策的支持，其电动汽车的推广已取得一定成效.目前美国，日本，英法，德国，荷兰，丹麦，以色列和巴西等国家走在世界前列，在电动汽车及充换电设施的数量上处于领先. 但还没有形成一套成熟的理论用于电动汽车充换电设施规划. 1.3 本文的主要内容 电动汽车的能量补充模式有两种，一种是直充电模式，另一种是换电池模式。相应的充换电设施主要有4种，分别是充电桩，充换电站，电池配送站，大型集中充电站。这4种设施构成电动汽车的服务网络。 选择发展何种充能方式，对未来的电动汽车产业化有很大影响。以满足城市内电动汽车充能需求为前提，建设何种类别的电动汽车充换电设施，以及建设相应设施的数量，都影响电动汽车功能

10、网络的工作效率，以及成本。国家发展电动汽车功能方式的理念是以”换电为主，充换结合” 研究该如何规划电动汽车充/换电设施，要从基本需求出发，考虑相关的影响因素，合理建立数学模型，选择合理的优化算法，得出的结论应包含下面几个方面，电动汽车充/换电设施的类型，电动汽车充/换电设施的数量，电动汽车充/换电设施的容量，电动汽车充/换电设施选址。本次课题研究的内容主要是4种不同的电动汽车充/换电设施的协作模式。 具体内容如下:(1) 分析现在电动汽车的充能模式，及优劣点，选择本文采用的充能模式，学习模型规划方法，应用于规划方案。(2) 分析各种电动汽车充换点设施的特性，根据特性的不同，分别建立相应充换电设

11、施规划的模型。(3) 以某地区为例，按照提出的规划方法进行规划(4) 对规划结果进行评价，判断其合理性。2 充换电设施概述2.1 电动汽车的2种充能方式的介绍 根据能量补充的方法不同,纯电动汽车分为 充电 和 换电 这2种充能方式.2.1.1换电方式 换电方式是通过一套可以快速替换电池组的设备,在电动汽车电池组电量即将用完时,用充满电能的电池组将其替换,以达到充能目的的充能方式. 快速的电动汽车电池更换设备,只需要几分钟就能完成充能过程, 与传统汽车的加油充能相比,花费的时间相当.对于换下来的电池组,则可送到专门的电池充电站内进行充电,. 为了不让电池组充电过程中增大对电网的负荷, 同时尽可能

12、的帮电网填补晚上的低谷, 所以对电池组的充电过程一般选择在晚上进行. 换电方式的优点:1) 增加了电池的使用寿命 采用换电方式, 可以让换下来的电池组在晚间使用电网负荷低谷时段进行充电,慢速充电时的电流低，可减少对电池的损害,延长电池的使用寿命;采用换电模式,电池组运营商可以对电池进行集中的标准化维护和保养,以提高电池的使用寿命,最终降低了电池的使用成本。 2）可以降低对电网的影响 采用换电方式，可以对电池组的充电时间进行合理安排，可以错开电网负荷高的时段进行充电，从而降低对电网的高峰负荷. 3） 降低用户的购车成本 采用换电方式，用户在购买电动汽车时，只需要购买除电池组以外的车辆部分即可，电

13、池由电池运营商提供，用户支付租借电池及使用的费用。在目前电池价格昂贵的情况下，可以减少用户的购车成本。 4）有助于新能源接入电网 采用换电方式，对于待充电的电池组来说，其具有储能作用，可以配合太阳能，风能接入电网，减少其随机性对电网的影响。2.1.2 充电方式 充电方式是在电动汽车电池剩余电量不多时，通过充电设备来补充电能的方式。在在充电时，车载电池不需要移动。 根据充电的功率大小及需求的时间多少可分为常规充电和快速充电。 1）常规充电 常规充电，一般采用弱电流对电动汽车充能。其充电功率一般在510kW间,但是充电用时较长。常规充电方式对电源的要求底, 能够满足照明需求的电压就能使用,一般使用

14、车载充电机或者小型充电桩进行充电。车载充电机是纯电动汽车一种最基本的充电设备,一般作为标准配置固定在车上或者放置在后备箱里。小型充电桩一般安装在居民区停车场或者商场的大型停车场,电动汽车用户当发现电池电量不足时,只需将车停靠在指定位置上,接上电源便可以为电动汽车开始充电。 常规充电方式的优点有:充电电流小,对电网的冲击较小;充电电流小,可以提高电池的充电效率和使用寿命;充电设备体积小,成本低,且安装方便灵活。 常规充电方式的缺点是:因釆用小电流充电,充电时间比较长,给电动汽车用户的出行带来不便,有时难以满足紧急出行的需求。 常规充电模式适合于那种电池续航里程较大或者日行驶里程较短的电动汽车。它

15、可以利用晚间电网低谷时段对电动汽车进行充电,减少对电网的影响且能降低充电成本。 2）快速充电 快速充电又称应急充电,一般釆用专门的直流充电机,以较大的电流为电动汽车提供短时的充电服务,充电电流大小一般为150?400A,充电时间为几分钟至几十分钟。 快速充电的优点： 大大缩短了电动汽车的充电时间。使用这种充电方式的电池没有记忆性,可使用大功率为其充电和放电,在几分钟内就可以补充能量至总容量的70%80%。由于充电时间和加油时间相差不大,在建设充电站时可不必建设大规模的停车场,减少了充电站的建设成本。同时,充电时间的降低大大减小了电动汽车用户出行时对电池续航里程的顾虑,有利于电动汽车的普及。 快

16、速充电方式的缺点： 充电电流太大。短时间内为电池提供大电流的充电服务,充电设备的充电效率降低,而相应的工作和安装成本较高;对电池进行大功率的充电,大大缩短了电池的使用寿命;大电流充电可能会对电网造成冲击、谐波等不利影响,建设充电站时需要考虑其对电网的影响,安装相应的滤波等设备。2.1.3 三种充能方式的比较 几种充能方式各有优缺点，现从充换电速度、充换电成本、对电网影响和所需设备等几方面对这几种能量补充方式进行分析比较。如表2-1:充换电方式 充换电速度 充换电成本 对电网影响 需要的设备快速充电 快，十几分钟 充电设施和 给电网带来冲 大功率充电机费用都高 击和谐波常规充电 慢，58小时 充

17、电设施和 高峰时段对电 充电桩费用都较低 网造成不利影响 家用充电机换电方式 快， 几分钟 电池的集中 起填谷的作用 换电设备充电与维护成本高 表2-1通过上面对集中不同的充能方式比较可知，常规充电，充电的电流小，不会对电网造成太大影响，适合于日行驶里程较短的车辆利用晚间时段为电动汽车充电;快充模式虽然能够快速的为电动汽车补充电能以满足其出行要求,但由于充电电流较大,充电功率大，会给电网带来很大的冲击和谐波污染,长时间采用快充模式将严重影响电池的使用寿命，会增加电动汽车的使用成本。 换电模式是目前比较理想的一种电池能量补充模式,一是换电池所用时间短不影响电动汽车用户出行,二是对换下来的电池采用

18、常规充电模式,提供专业的电池维护和保养,可延长电池使用寿命等。 目前国家对电动汽车电池充换电服务网络采用国网提出的“换电为主,插充为辅,集中充电,统一配送”的运营模式,为配合国家政策，本文中，电动汽车主要采用换电和常规充电两种能量补充方式,快速充电为辅 并在此前提下对相关充换电设施进行规划布局的研究。2.2电动汽车的充换电设施介绍 商业运营模式下，电动汽车的充换电设施主要有以下几种： 充电桩，配电站，充换电站，大型集中充电站2.2.1充电桩 一般來说,充电桩系统结构简单,占地面积小,安装方便,可安装于电动汽车充换电站、公共停车场、住宅小区停车场等场所,可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车

19、充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。 其外形如图2-1所示： 图2-12.2.2电动汽车电池配送站 配送站是专门为电动汽车提供换电池服务的场所。当电动汽车用户发现电池剩余电量不足时,可到附近的配送站寻求换电服务。配送站内没有专门的充电设备对换下来的屯池进行充电,即没有电网接入问题,只能将电池运送到大型集中充电站或者附近的充换电站进行统一充电。相

20、比充换电站,配送站规模较小,因此其选址也相对灵活。2.2.3充换电站 充换电站是专门为电动汽车提供换电和充电（包括常规充电和快速充电）服务的场所,站内建设有换电流水线(专门为电动汽车提供换电的通道)和充电桩。当电动汽车用户发现电池剩余电量不足 可以到附近的充换电站进行换电或充电。充换电站内有专门为换下来的电池进行充电的充电机,所以不必将换下来的电池运送到大型集中充电站进行统一充电。充换电站不仅对自己站内换下来的电池进行充电,也可对附近配送站换下来的电池进行充电,或者将换下来的电池送到大型集中充电站进行充电。其外形如图2-2所示： 图2-22.2.4大型集中充电站 大型集中充电站是专门为电池提供

21、集中充电服务的场所,对配送站或充换电站送过来的电池进行统一充电。大型集中充电站只负责对送过来的电池进行充电及专业的维护和保养,而不对电动汽车用户提供充换电服务。大型集中充电站占地面积大,充电负荷大,一般应建设在城市周边变电站附近,且一般选择交通方便的城市环路旁边,以便将充好的电池快速送达市区各个充换电站、配送站。2.2.5充换电站的工作模式由以上分析可知，4种充换电站协作模式如下： 电网 大型集中充电站 充电桩 充换电站 配送站 其中，充电桩由电网取电，为用户提供小电流的充电服务，充换电站为电动汽车用户提供换电和常规充电服务,同时能在站内对换下来的电池完成充电,也可将换下来的电池送到大型集中充

22、电站进行充电,或为附近配送站换下来的电池提供充电服务;配送站只对电动汽车用户提供换电服务,换下来的电池需要送到大型集中充电站或者充换电站进行统一充电;大型集中充电站从电网取电为电池进行充电，并且输送充好电的电池到充换电站及配送电站。 在本文中，为规划方便，假设充换电站无多余电池供给给配送站。 配送站所需求的电池完全由大型集中充电站提供。大型集中充电站同时对充换电站，配送站提供电池运输。3充换电设施规划的模型研究3.1充换电设施规划的影响因素分析 1）用户的规模及分布 建设电动汽车充换电设施主要是为了满足电动汽车用户的充换电需求，充换电设施建设规模过大,会造成资源的极大浪费;充换电设施建设规模过

23、小,又不能满足电动汽车用户的充换电需求,影响电动汽车的普及应用。充换电设施建设规模应与用户规模相适应。 2）充换电设施的运营及建设成本 从资源的最大化利用角度考虑，在满足同样的用户需求条件下，尽可能降低成本可以提高资源的利用率，同时可以降低用户的使用成本，可以促进电动汽车的普及。3）当地电网现状电动汽车充换电服务网络的正常运营需要一定功率的电力支撑,在进行充换电设施建设时,应与电力相关部门沟通协调,将充换电设施规划建设与电网规划相结合。电动汽车充电设备是一种非线性负荷,工作时会向电网注入谐波电流,影响电网供电质量。釆用大功率为车用电池充电时,由于负荷大、变化快,对电网造成冲击,影响电网安全稳定

24、运行。这些因素是进行充换电服务网络规划时必须考虑的。4) 城市总体规划和路网规划 市总体规划和路网规划是城市发展的总原则,它往往反映了城市的政治、经济和文化等多方面的风貌,规范着市政建设和城市交通等。充换电设施建设是城市建设的一部分,其规划在满足自身利益的同时,也要符合城市整体规划和路网规划,这不仅是为了不影响城市生活正常运行,同时也可使充换电服务网络运行效率更高。3.2充换电设施总体规划的基本思路 本文中所有电动汽车充换电设施都是针对纯电动汽车进行规划。 有关电动汽车充换电设施规划的内容包含以下几个方面，电动汽车充换设施的类型，电动汽车充换设施的容量，电动汽车充换设施的数量，电动汽车充换设施

25、的选址。同时考虑到不同类型的充换电设施的服务特性不同，规划的影响因素存在差异，故不能同时对这四项规划结果同时进行求解。所以针对不同充换电设施的特性分层次进行求解。 通过分析可知，充换电站，配送站均可对用户提供快速充能服务，可以在短时间内连续服务多个用户，充能效率更高。故选择充换电站，配送站作为第一层次进行规划。 充电桩为用户提供常规充电，但用时较长，不会显著分摊充换电站，配送站的用户流量。故可单独作为第二层次进行规划。 大型集中充电站主要是为配送站送过來的电池提供充电服务,以及补偿由于城市电网限制而不满足用户需求的充换电站欠容量。但不直接对用户提供充换电服务。故以配电站的规划内容为条件，作为第

26、三层次进行规划。，3.2.1 电动汽车充换电站规划模型及规划方法 由于电动汽车充/换电站在电动汽车充换电设施中的特殊性，其规模一般较大，对用户的吸纳能力强于配送站。所以首先对充换电站的选址及容量进行规划，充换电站同时具有快速充电及换电服务，在充电时对电网造成较大的冲击，所以规划时，其规模不仅要考虑用户的需求分布，也要考虑到城市电网的供电限制。在完成对充换电站的规划后，考虑其对用户需求的吸纳后，在对配送站进行规划。充换电站的选址模型建立 选址模型建立的基本思路： 1.将一片区域划分成若干形状面积，相似的小区域,对每个区域进行编号,划分的面积半径应小于充换电站的最大服务半径（以标准纯电动汽车40%

27、的电量行驶的里程作为最大服务半径），分区后转化为数学模型。区域划分的面积半径按用户数量取标准纯电动汽车5%10%的电量行驶的里程选取。如图3-1所示： 图3-12 . 建立二维平面坐标系，以每个区域中点为中心，给出每个区域的坐标。以获得区域间的距离信息（s）。如图3-2:图3-2两区域间距离: S = （ X i Xj ）+ ( Y i Y j ) 式中数据为两点间的坐标,范例结果如图3-3: 图3-3 图3-43. 通过调查相关数据，或预测评估等方法，得出预估每个小区域的单个充换电站的建设成本（除容量成本外），及电动汽车的用户需求数量。结果如图3-4:4. 通过影响因素分析可以得知，区域的充

28、换电选址系数与需求地点到区域的距离成负相关，与建设成本参数成负相关,与用户的需求素量成正相关.假设该区域所在位置存在充换电站，根据用户数量及城市电网中压配额可以的出该区域充换电站容量, 同时计算出容量成本. 以换电和充电方式的功率作为容量 （1）充换电站的容量目标函数为: SA SI SCSDW （i = 1.2.3.n） SA = U* C s i = Si * 式中: SI:为第i个区域的充换电站容量 U : 为服务半径内所有区域吸纳的用户总数 : 为充电或换电功率的折算系数 C s i：为第i个区域的容量成本参数 :为容量成本折算系数当计算出的目标容量超出该区域城市电网容量限额时， 取城

29、市电网容量允许的最大值做为该区域的充换电站预估容量，超出的部分用换电方式，有大型集中充电站运输的电池进行补偿。 6. 根据用户分布 ,及充换电站的建设成本(包括容量成本)计算其效用，得出相应的选址系数，最终比较每个区域的选址系数大小来确定充换电站的选址位置。选址系数越大，该区域的充换电站效用越大。 （2）充换电站选址系数目标函数: Di = Hi / ( C i + C s i ) ( i= 1.2.3.n) Hi= / s 式中： S：为其他区域与该区域的距离 （S为0时取为1） ：为其他区域对应的用户需求量 （当s超出服务范围时取0） n: 为小区域总数 Hi：为第i个区域的充能需求参数

30、Ci：为第i个区域的基础成本参数 D : 为选址参数，取最大值对应的区域作为选址目标考虑到充换电站的最大服务半径，对于距离超出范围区域的用户需求数不应纳入计算中。 为了满足城市规划要求的前提，不能建造充换电站的区域选址系数D置为0。单个区域中只能存在最多一个充换电站。选址运算时，选择选址系数最大区域的坐标作为输出，一次选出一个充换电站位置。同时输出该区域充换电站的容量。7 在进行一次选址后，考虑充换电站对服务半径区域内电动汽车用户需求数量的吸纳能力，按照其容量的大小，以及区域距离，对最大服务半径区域内的电动汽车用户需求数量参数进行更新，以便下一次的充换电站容量及选址计算。以所有区域内的用户数量

31、参数小于建设充换电站的基础建设值为输出条件，进行循环选址计算，直到满足输出条件后，结束充换电站选址及容量的规划。输出所有充换电站的选址及容量信息。 充换电站选址规划的流程框图：统计或预测区域内的用户需求量及建设成本,及电网限制进行区域划分 确定各个区域的位置信息得出最后结果，输出所有建设充换电站的区域及容量建立二维平面坐标数学模型，并标注相关数据带入容量及选址系数目标函数进行循环运算。直到满足输出条件 3.2.2电动汽车配送站的规划模型及规划方法 电动汽车配电站可采用与电动汽车充换电站相同的选址模型，由于其不提供充电服务，故规划不受城市电网限制，只需考虑用户规模及分布,及城市总体规划。配送站选

32、址模型建立的基本思路 1.数学模型的建立，沿用充换电站的选址模型，及区域位置参数。对用户需求分布及数量，采用在充换电站进行规划后吸纳部分用户的更新值作为配电站选址的初始值。同时配送站的最大服务半径小于充换电站。 2.在容量的计算上，不用考虑城市电网的限制，通过影响因素分析可以得知，区域的配电站选址系数与用户需求地点到配电站的距离成负相关，与建设成本参数成负相关,与用户的需求素量成正相关.假设该区域所在位置存在配电站，根据用户数量即可计算出配电站的容量及容量成本。假设配送站可以吸纳最大服务半径范围内的所有用户。 （1）配送站的容量目标函数为: SA SI （i = 1.2.3.n） SA = U

33、 * C s i = Si * 式中: SI: 为第i个区域的配送站容量 U : 为最大服务半径内所有区域吸纳的用户总数 : 为配电站站内存放电池总容量的折算系数 C s i：为第i个区域的容量成本参数 :为容量成本折算系数 3 根据用户分布 ,及配送站的建设成本(包括容量成本)计算其效用，得出相应的选址系数，最终比较每个区域的选址系数大小来确定充换电站的选址位置。选址系数越大，该区域的配送站效用越大。 （2）配送站选址系数目标函数: Di = Hi / ( C i + C s i ) ( i= 1.2.3.n) Hi= / s 式中： S：为其他区域与该区域的距离 （S为0时取为1） ：为其

34、他区域对应的用户需求量（第一次计算时取减去充换电站选址的吸纳量） （当s超出服务半径范围时取0） n: 为小区域总数 Hi：为第i个区域的充能需求参数 Ci：为第i个区域的基础成本参数 D : 为选址参数，取最大值对应的区域作为选址目标考虑到配送站的最大服务半径，对于距离超出范围区域的用户需求数不应纳入计算中。 为了满足城市规划要求的前提，不能建造充换电站的区域选址D置为0。单个区域中只能存在最多一个配送站。选址运算时，选择选址系数最大区域的坐标作为输出，一次选出一个配送站位置。同时输出该区域配送站的容量。配送站可以与充换电站在同一区域。 4在进行一次选址后，考虑配电站对最大服务半径区域内电动

35、汽车用户需求数量的吸引能力，假设配电站可以完全吸纳服务半径内的用户，更新用户的分布参数，以便下一次的充换电站容量及选址计算。 以所有区域内的用户数量参数为0作为输出条件，进行循环选址计算，直到满足输出条件后，结束充换电站选址及容量的规划。输出所有配送站的选址及容量信息。 配送站的规划流程框图：将数据代入选址系数及容量目标函数进行运算,得出一次选址结果进行区域划分,确定各区域的位置信息 统计各区域经充换电站吸纳后的用户需求数量根据前一次的选址结果,更新用户需求数据,再一次进行选址运算建立二维平面坐标数学模型，并标注相关数据直到满足条件,输出所有选址位置及相应的容量,选址完成3.2.3大型集中充电

36、站的规划模型及方法 大型集中充电站优化布局是在充换电站和配送站规划布局的基础上进行的,即充换电站和配送站规划完成之后,以充换电站和配送站的容量为“负荷”来规划大型集中充电站的站址和数量。已知充换电站和配送站的数量、选址位置等信息,就可以对大型集中充电站进行规划布局研究。 大型集中充电站的规划也应包含以下几个方面, 大型集中充电站的数量, 大型集中充电站的选址位置, 大型集中充电站的容量. 大型集中充电站的服务对象是电动汽车的电池, 把充满电的电池运输前往有需求的充换电站及配送站, 按照容量的大小,需求的电池数量也不相同, 所以充电站及配送站的容量及选址位置直接影响到大型集中充电站的规划. 在城

37、市电网限制下, 大型集中充电站的充电容量肯定是有上限的. 如果规划区内只有一个大型集中充电站, 当有需求的充换电站及配送站总容量超出这个上限时, 必然有部分有换电需求的用户无法得到满足. 所以首先按照城市电网限制与有需求的充换电站及配送站总容量来规划出大型集中充电站的数量. 在得到大型集中充电站的数量后, 可以在坐标系上对有需求的充换电站及配送站进行分配划分, 按照容量大小, 与位置进行分区, 每个区域内的充换电站及配送站只与相对应的大型集中充电站有联系, 按照每个分区内的充换电站及配送站的容量得到对应分区大型集中充电站的容量. 每个分区内的充换电站及配送站的容量总和. 从远期角度来看, 电动

38、汽车电池的运输成本远大于建设大型集中充电站的成本, 因此在进行规划时, 不考虑大型集中充电站的成本, 只考虑运输成本, 运输成本由运输电池的容量大小,与运输距离有关. 可以以运输成本总和为目标函数, 充换电站及配送站的需求容量可以由前面的充换电站及配送站的规划得到. 考虑实际建设条件,可以得出大型集中充电站的可建点的位置信息, 通过比较每个可建点的运输总成本的大小,来确定大型集中充电站的选址位置. 由以上的分析可得出大型集中充电站的规划步骤如下; 1由城市电网限制与充换电站及配送站的总容量确定大型集中充电站的数量。数量N= SZ / SV SZ为充换电站及配送站的总容量 SC城市电网限制容量N

39、的值向下取整 2将充换电站及配送站按照分布位置进行分区，大型集中充电站的数量为N则有N个分区。如图3-5： y N1 N2 表示该点有充换电站及配送站 0 x 3分别计算分区内的容量总和S，S也为大型集中充电站的容量。 4为求得各个分区大型集中充电站的最佳选址位置，通过求的每个大型集中充电站可建点的运输成本，选择运输成本最小的可建点做为选址结果。当分区内有j个可建点与 n个充换电站及配送站时。 (3)目标函数 ： Cj = Si * Li-j (i=1.2.3n) 式中: Cj: 为总运输成本 Si: 为 第i 个充换电站及配送站的容量 Li-j： 为可建点至第i 个充换电站及配送站的位置 通

40、过此函数可计算所有可建点的运输成本系数，选取最小值对应可建点的位置作为该分区大型集中充电站的选址位置， 大型集中充电站的规划流程框图： 分别计算分区内的容量总和S，S也为大型集中充电站的容量获取充换电站及配电站的需求容量(S)及位置信息（二维坐标）求的每个分区的大型集中充电站可建点的运输成本，取最小值作为选址点由城市电网限制与充换电站及配送站的总容量确定大型集中充电站的数量(N)由以上过程可得到大型集中充电站的数量，容量 ，选址位置等信息，结束规划。将充换电站及配送站按照分布位置在平面坐标上分为N个区324充电桩的规划方法 由于充电桩因充电桩结构简单,占地面积小,安装方便,在居民区停车位、大型

41、停车场均可建设, 而且充电桩功率小，不会对电网造成影响。因此充电桩的建设可采用“一车一桩”式。 即规划区内电动汽车的保有量与充电桩数量一致。这样能够很好地满足电动汽车用户的充电需求,提高用户充电的便利性。但在车辆流动大的商业区内，会使充电桩大部分时间处于“空闲”状态,造成资源的极大浪费。所以应该根据不同区域的车辆的流动性的不同，来确定多少车辆共享一个充电桩。 (1)充电桩规划的基本思路： 1将规划区域分区，可以沿用充换电站选址模型，除统计固有的用户数量外（用Ni表示），还需要统计出2小时内该区域车辆进出区域的平均数量。(用Q表示) 2用车辆的流动系数（用O表示）来确定该区域的多少车辆共享充电桩

42、。 Oi = Q / N O的取值向下取整 代表在该i区域中O 辆车共享一个充电桩。 3.由上式可得出个区域的充电桩数量GI，及规划区域的充电桩数量总数GP。 GP = GI = Ni / Oi 充电桩优化规划流程如图所示:统计区域用户数量及计算流动系数第1个区域的充电桩数量 统计区域用户数量及计算流动系数第2个区域的充电桩数量 该区域充电桩数量总数及充电桩数量区域分布情况 . . . 统计区域用户数量及计算流动系数第i个区域的充电桩数量 3.2.5电动汽车充换电设施规划总结电动汽车充换电设施 充电桩大型充电站配送站充换电站 第一步 第二步 第三步 第四步4 电动汽车充换电设施规划的算法编程

43、在实际解决问题时,由于数据较多,用人工计算过于繁琐,且易出错,为了电动汽车充换电设施规划的效率及准确性. 使用相关的程序,按照前文提出的电动汽车充换电设施规划方法,进行编程,利用算法软件,可以快速得出结果. 41 充换电站的选址及定容编程411 充换电站的选址及定容程序算法流程图：开始 输入初始数据:划分的区域总数各区域用户需求数量各区域充换电站预估建设成本(不包含容量成本)各区域位置信息（坐标）各区域的电网限额用户充换电功率的折算系数容量成本的折算系数充换电站的建设参数由位置信息计算各区域间的距离 代入数据，得出各区域的充换电站预估容量，并计算相应的容量成本若超出限制，取限制值，并记录超出容

44、量代入数据，计算各区域的选址系数取最大值对应的区域对应的编号作为一次选址位置输出，同时输出该区域的容量及超出容量根据选址位置，对其服务半径内的用户需求参数按照对应函数进行更新 判断是否所有用户需求数量少于充换电站的建设参数 否 是 输出更新后的各区域用户需求数量结束4.1.2 充换电站的选址及定容程序界面 如图4-1： 图4-1413 充换电站的选址及定容程序代码 Private Sub Command1_Click() Text1.Text = Text2.Text = Text3.Text = Text4.Text = Text5.Text = Text6.Text = Text7.Text = Text8.Text = Text9.Text = Text10.Text = Text11.Text = Text12.Text = Text13.Text = End