專利名稱：一種電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車充電站對(duì)選址優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種基于Voronoi圖和地圖劃分理論，并以充電站投資和消耗費(fèi)用為優(yōu)化模型的電動(dòng)汽車選址方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)汽車有緩解能源危機(jī)、環(huán)境污染以及完善汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，因此得到國家的大力扶持并有廣闊的發(fā)展前景。作為電動(dòng)汽車基礎(chǔ)建設(shè)的充電系統(tǒng)，合理的充電設(shè)施規(guī)劃不僅關(guān)系到消費(fèi)者的便捷性、經(jīng)濟(jì)性，更影響到電動(dòng)汽車的廣泛推廣和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此在充電設(shè)施大規(guī)模建設(shè)之前，應(yīng)該正確提出合理規(guī)劃充電設(shè)施的方法。目前對(duì)充電設(shè)施規(guī)劃研究已經(jīng)取得初步成果，有的文獻(xiàn)將充電設(shè)施規(guī)劃分為示范
階段、公益階段、商業(yè)運(yùn)營階段等不同的階段，并提出對(duì)應(yīng)階段的特點(diǎn)；有的文獻(xiàn)從經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行研究，將消費(fèi)者的充電和充電站投資的總成本作為了優(yōu)化目標(biāo)，采用不同的理論和算法，如排隊(duì)理論、粒子群算法、遺傳算法等，研究充電站最優(yōu)分布和規(guī)模。對(duì)于電動(dòng)汽車充電站選址規(guī)劃，首先應(yīng)該考慮充電站投資費(fèi)用和消費(fèi)者使用費(fèi)用最小化，對(duì)于現(xiàn)有的研究，主要集中在電動(dòng)汽車充電站投資費(fèi)用方面的優(yōu)化，而忽略了消費(fèi)者的使用費(fèi)用；其次消費(fèi)者充電的便捷性是充電站選址的重要影響因素，這是因?yàn)樵谙M(fèi)者在發(fā)生為電動(dòng)汽車充電行為時(shí)，首先會(huì)考慮在距離自己最近的充電站充電，充電便捷性影響著充電站的選址和規(guī)模，但現(xiàn)有的研究忽略了這一重要因素；最后現(xiàn)有的研究側(cè)重于對(duì)模型的優(yōu)化算法，并沒有涉及整個(gè)區(qū)域的充電站具體的選址規(guī)劃?？偟膩碚f，現(xiàn)有的電動(dòng)汽車充電站選址規(guī)劃方法缺少考慮因素，沒有對(duì)具體的區(qū)域經(jīng)行選址規(guī)劃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出一種基于VOTonoi圖和地圖劃分理論，并以充電站投資和消耗費(fèi)用為優(yōu)化模型的電動(dòng)汽車選址方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案?！N電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法，首先，比較準(zhǔn)確預(yù)測電動(dòng)汽車的數(shù)量和分布，進(jìn)而初步確定充電站的數(shù)量。其次，根據(jù)區(qū)域用地特性劃分子區(qū)域，結(jié)合地圖劃分思想和約束條件，確定最優(yōu)充電站數(shù)量和充電站初始位置，最后，基于VOTonoi圖劃分充電站服務(wù)區(qū)域，在每個(gè)Voronoi多邊形內(nèi)，通過計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)坐標(biāo)平均值確定充電站新位置，通過迭代計(jì)算優(yōu)化充電站投資和消費(fèi)者消耗總費(fèi)用模型，最終確定充電站位置、服務(wù)區(qū)域以及包含的充電機(jī)數(shù)量。通過該方法可以簡單、直觀、經(jīng)濟(jì)的確定某個(gè)區(qū)域電動(dòng)汽車充電站選址規(guī)劃。所述的電動(dòng)汽車充電站投資和消費(fèi)者消耗費(fèi)用模型如下充電站選址的主要任務(wù)是根據(jù)區(qū)域電動(dòng)汽車數(shù)量和分布，在區(qū)域中選擇合理的充電站數(shù)量和地址，以滿足電動(dòng)汽車用戶的充電需求，既要考慮用戶充電的便捷性、經(jīng)濟(jì)性，又要考慮充電站投資的最優(yōu)性。對(duì)于充電者充電便捷性，設(shè)定充電站服務(wù)半徑約束條件；對(duì)于用戶充電經(jīng)濟(jì)性，建立用戶在充電路上年消耗費(fèi)用模型；對(duì)于充電站投資最優(yōu)，建立充電年投資費(fèi)用模型，主要包括投資費(fèi)用、維修費(fèi)用、網(wǎng)損費(fèi)用。因此對(duì)于整個(gè)區(qū)域，一方面要求每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)到其最近的充電站的距離dmin(Si，Uj)小于充電者滿意充電距離；另一方面要求充電站選址可影響的投資和消耗費(fèi)用最優(yōu)(包括投資成本和用戶成本)，用數(shù)學(xué)語言描述，如式⑴、式⑵Uj) < r ；i = 1,2,…n;j = l,2,…，m (I)min (G) = min (g^g^gg)(2)g, = Σ = Ai(I + Q)⑶S2 = Fx+ UIHL11P)(4)Q2 = ZhSeFujYjL1L2I( P = ^-:-: (^fR(6)
Lr2 ν H J式中Si為第i個(gè)充電站％為第j個(gè)電動(dòng)汽車負(fù)荷點(diǎn)；r為充電者滿意距離;G為充電站選址可影響的年投資和消耗費(fèi)用；gl為區(qū)域充電站建設(shè)年投資和維修費(fèi)用；g2為年網(wǎng)損費(fèi)用；g3為充電者充電路上年消耗費(fèi)用-A為第i個(gè)充電站投資費(fèi)用^為投資回收率％為充電站運(yùn)行目標(biāo)年限；a為設(shè)備的年維護(hù)折舊率；F為平均電價(jià)；β為變壓器損耗率A為第i個(gè)充電站一年為電動(dòng)汽車提供的總電能屯為線路損耗計(jì)算系數(shù)；H為充電站年平均利用小時(shí)；Ln為第i個(gè)充電站輸電饋線長度；P是線路每公里有功損耗；e為每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)代表的需要到充電站充電的電動(dòng)汽車數(shù)量(選擇主要交通路口作為代表其周圍區(qū)域需要到充電站充電的電動(dòng)汽車數(shù)量，稱該交通路口為負(fù)荷點(diǎn))；ω為電動(dòng)汽車平均百公里耗電量。L2i為第i個(gè)充電站服務(wù)區(qū)域中負(fù)荷點(diǎn)到充電站的距離之和。Θ為功率因數(shù)角；U為電壓等級(jí)；R為每公里線路電阻。所述電動(dòng)汽車數(shù)量預(yù)測和分布如下根據(jù)區(qū)域現(xiàn)有的中小型汽車數(shù)量及年增長率，計(jì)算未來幾年的汽車數(shù)量，預(yù)測電動(dòng)汽車市場占有率，計(jì)算該區(qū)域電動(dòng)汽車總數(shù)?？紤]到電動(dòng)汽車每次充電后平均可行駛120km，社會(huì)車輛平均每天行駛30km，即充電者平均4天為電動(dòng)汽車充一次電，所以每天需要充電站提供充電服務(wù)的電動(dòng)汽車數(shù)量為
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法，其特征是，包括如下步驟 首先，預(yù)測電動(dòng)汽車的數(shù)量和分布，進(jìn)而初步確定充電站的數(shù)量； 其次，根據(jù)區(qū)域用地特性劃分子區(qū)域，結(jié)合地圖劃分思想和約束條件，確定最優(yōu)充電站數(shù)量和充電站初始位置； 最后，基于Voronoi圖劃分充電站服務(wù)區(qū)域，在每個(gè)Voronoi多邊形內(nèi)，通過計(jì)算負(fù)荷點(diǎn)坐標(biāo)平均值確定充電站新位置，通過迭代計(jì)算優(yōu)化充電站投資和消費(fèi)者消耗總費(fèi)用模型，最終確定充電站位置、服務(wù)區(qū)域以及包含的充電機(jī)數(shù)量。
2.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法，其特征是，所述的電動(dòng)汽車充電站投資和消費(fèi)者消耗費(fèi)用模型如下 對(duì)于充電者充電便捷性，設(shè)定充電站服務(wù)半徑約束條件；對(duì)于用戶充電經(jīng)濟(jì)性，建立用戶在充電路上年消耗費(fèi)用模型；對(duì)于充電站投資最優(yōu)，建立充電年投資費(fèi)用模型，主要包括投資費(fèi)用、維修費(fèi)用、網(wǎng)損費(fèi)用；因此對(duì)于整個(gè)區(qū)域，一方面要求每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)到其最近的充電站的距離dmin(Si，Uj)小于充電者滿意充電距離；另一方面要求充電站選址可影響的投資和消耗費(fèi)用最優(yōu)，用數(shù)學(xué)語言描述，如式(I)、式(2):
3.如權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法，其特征是，所述電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法具體步驟如下 步驟(一)，所述電動(dòng)汽車數(shù)量預(yù)測和分布如下 根據(jù)區(qū)域現(xiàn)有的中小型汽車數(shù)量及年增長率，計(jì)算未來幾年的汽車數(shù)量，預(yù)測電動(dòng)汽車市場占有率，計(jì)算該區(qū)域電動(dòng)汽車總數(shù)；考慮到電動(dòng)汽車每次充電后平均可行駛120km，社會(huì)車輛平均每天行駛30km，即充電者平均4天為電動(dòng)汽車充一次電，所以每天需要充電站提供充電服務(wù)的電動(dòng)汽車數(shù)量為
4.如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟(三)中，從以下方面減少投資和損耗費(fèi)用，從而對(duì)充電站選址優(yōu)化， 步驟(I)，選取最優(yōu)的充電站數(shù)量 充電站的數(shù)量在很大程度上決定了變壓器投資、充電站整體運(yùn)行維護(hù)投資和固定投資，因此在滿足式(I)的條件下，盡量減少充電站的數(shù)量，將會(huì)減少整體充電站建設(shè)的投資；首先-根據(jù)式(9)選擇最小的充電站數(shù)量，并在充電站初步選址時(shí)，滿足約束條件式(I)，否則增加充電站數(shù)量； 步驟(2 )，充電站初步選址 根據(jù)用地性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)水平、人口密度等區(qū)域特征可將一個(gè)區(qū)域劃分成子區(qū)域Vi, i = 1，2，…，k ;由于用地性質(zhì)和位置的不同，每個(gè)區(qū)域中建立充電站所需要的購地成本和輸電饋線成本不同，從而使每個(gè)區(qū)域上建立充電站的成本不同；能夠算出每個(gè)區(qū)域上建立相同容量充電站的初始投資、Αη ’則有A1Zi Φ AvJ ; i = 1,2,…，k;j = 1,2, ---k ；i j ;因此在初步選址時(shí),根據(jù)地圖劃分思想，優(yōu)先選擇投資成本低的子區(qū)域建立充電站，同時(shí)結(jié)合約束條件式(I)，確定充電站的初始位置； 步驟(3 )，充電站選址優(yōu)化及步驟 根據(jù)初步確定的充電站位置，求出以充電站為歐幾里德平面中離散點(diǎn)的VOTonoi圖，劃分每個(gè)充電站的服務(wù)區(qū)域，則整個(gè)區(qū)域充電站的選址優(yōu)化轉(zhuǎn)化為在每個(gè)Voronoi多邊形內(nèi)充電站優(yōu)化選址，根據(jù)式(2)-(6)計(jì)算該選址情況下的投資和費(fèi)用，然后采用平均值法計(jì)算每個(gè)VOTonoi多邊形內(nèi)負(fù)荷坐標(biāo)的平均值作為新的選址點(diǎn)，根據(jù)新的充電站位置，再求解VOTonoi圖，同時(shí)求解該情況下的投資和費(fèi)用；以此迭代，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)式(2)最優(yōu)時(shí)，停止迭代。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動(dòng)汽車充電站選址優(yōu)化方法，它通過充電站服務(wù)半徑約束條件考慮充電者充電便捷性，通過優(yōu)化充電站數(shù)量和根據(jù)子區(qū)域用地性質(zhì)確定充電站初始位置，初步優(yōu)化充電站投資，同時(shí)基于Voronoi圖性質(zhì)進(jìn)行合理的負(fù)荷分配，以充電站選址可影響的投資和費(fèi)用為優(yōu)化目標(biāo)，在每個(gè)Voronoi多邊形內(nèi)優(yōu)化選址，最后確定充電站的位置、服務(wù)區(qū)域和包含充電機(jī)數(shù)量。通過算例表明，該方法能快捷、有效進(jìn)行充電站選址，同時(shí)滿足充電便捷性、經(jīng)濟(jì)性和投資最優(yōu)性。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK102880921SQ201210391040
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者孫勇, 杜學(xué)龍, 劉志珍, 王建, 厲志輝, 李建祥 申請(qǐng)人:山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司