电动汽车充电站容量优化方法研究

论文总字数：53896字

摘 要

随着全球能源枯竭和环境恶化的问题日益严峻，世界各国纷纷加快了开发新能源产业的步伐。自21世纪初起，新能源汽车的相关研究就已成为了我国发展新能源产业的重点之一。经过十余年的发展建设，我国许多城市的电动汽车充换电站网络骨架结构已基本建成。但与此同时，电动汽车充电站的选址布局和规模容量仍存在着很大的优化空间，诸如充电设施设备闲置、损坏、用户排队等待时间过长等问题屡见不鲜。

为解决上述问题，寻求充电站服务水平和相关成本平衡的最优方案，本文以排队系统理论为基础，考虑电动汽车使用充电站的行为特征，建立了电动汽车充电站系统的排队模型。在此基础上，进一步考虑充电站的服务水平和建设运营成本之间的相关性、区域电力网络供给平衡量、排队时间等约束条件，构建了电动汽车充电站容量优化模型。以漳州市为参考算例，通过基于Matlab平台的随机数值模拟实验和基于Anylogic平台的动态仿真模拟实验，验证了排队模型的正确性及有效性。最终，采用分支定界法和割平面法分别对该算例下的电动汽车充电站容量优化模型进行求解，并对两种算法的求解结果和求解效率进行了对比。

关键词：电动汽车充电站，容量优化，排队论，分支定界法，割平面法

ABSTRACT

With the problem of global energy exhaustion and environmental deterioration becoming more and more serious, countries all over the world have accelerated the pace of developing new energy industry. Since the beginning of the 21st century, the research on new energy vehicles has become one of the key points in the development of new energy industry in China. After more than ten years of development and construction, the network skeleton structure of electric vehicle charging and switching power stations in many cities of China has been basically completed. But at the same time, there is still a lot of room for optimizing the location, layout and scale capacity of electric vehicle charging station, such as idle charging facilities and equipment, long waiting time for users and so on.

In order to solve the above problems and find the best solution to balance the service level and related cost of charging station, this paper establishes a queuing model of charging station system for electric vehicle based on queuing system theory and considering the behavior characteristics of electric vehicle using charging stations. On this basis, considering the constraints of service level and construction and operation cost of charging station, regional power network supply balance, queuing time and so on, the capacity optimization model of charging station for electric vehicles is constructed. Taking Zhangzhou as an example, the validity of the queuing model is verified by random numerical simulation experiment based on MATLAB platform and dynamic simulation experiment based on Anylogic platform. Finally, the branch-and-bound method and the cut-and-plane method are used to solve the capacity optimization model of the charging station of the electric vehicle under the example respectively, and the results and efficiency of the two algorithms are compared.

KEY WORDS: Electric vehicle charging station, Capacity optimization, Queuing theory, Branch and bound method, Cutting plane method

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1选题背景及意义 1

1.1.1选题背景 1

1.1.2选题意义 2

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.2.3研究现状总结 5

1.3研究内容 6

1.4 技术路线 7

1.5 本章小结 8

第二章 充电站容量优化相关基础理论概述 9

2.1电动汽车相关理论概述 9

2.1.1电动汽车种类 9

2.1.2电动汽车充电模式 11

2.2 电动汽车充电需求预测方法概述 12

2.3排队论理论概述 13

2.3.1排队论的概念 13

2.3.2排队系统的基本组成 14

2.3.3排队系统模型 17

2.4本章小结 18

第三章 电动汽车充电站排队模型构建与需求预测 19

3.1电动汽车充电站排队模型前提假设 19

3.2 M/M/c/N模型概述 20

3.2.1 M/M/c/N模型指标计算 20

3.3电动汽车充电站充电需求预测 22

3.3.1电动汽车保有量预测 23

3.3.2电动汽车充电量预测 25

3.4本章小结 28

第四章 电动汽车充电站容量优化模型构建与求解 29

4.1电动汽车充电站容量与成本的相关性分析 29

4.1.1电动汽车充电站容量与等待成本相关性分析 30

4.1.2电动汽车充电站容量与服务成本相关性分析 31

4.2电动汽车充电站容量优化模型符号及定义 33

4.3电动汽车充电站容量优化模型求解 35

4.3.1分支定界法 35

4.3.2割平面法 36

4.3.3电动汽车充电站容量优化模型求解步骤 39

4.4本章小结 39

第五章 实际算例分析 40

5.1漳州市电动汽车发展概况 40

5.2漳州市电动汽车充电需求预测 41

5.2.1漳州市2020年电动汽车保有量预测 41

5.2.2漳州市2020年电动汽车充电需求量预测 43

5.3电动汽车充电站容量优化模型输入参数 44

5.4电动汽车充电站容量优化模型检验 44

5.4.1模型数值检验 44

5.4.2模型仿真检验 46

5.5电动汽车充电站容量优化模型算例结果分析 48

5.6本章小结 52

第六章 结论与展望 53

6.1结论 53

6.2创新点 53

6.3未来展望 54

致 谢 55

参考文献 56

绪论

1.1选题背景及意义

1.1.1选题背景

在球经的背景成为了人们必不可。传统燃料汽车通过内燃机将石油燃烧产生的热能转换为动能，从而为车辆的行驶提供驱动力。资料显示，我国目前的汽车耗油量约占全国石油总消耗量的25%，汽车产业已成为我国最主要的石油资源消耗产业之一。与此同时，传统燃料汽车在使用过程中产生的气体中，包含了大量的合物、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NO_x）等对人体体，汽车空气污染。此外，在使用过程中还产生了相当程度的噪声污染，调查显示，我国主要的城市噪声污染有80%来源于此。传统燃料汽车的大量使用导致石油资源消耗量日益增加，由此带来的诸如问题、严峻。

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