电动汽车充电桩网络布局优化建模

电动汽车充电桩网络布局优化建模

摘要：随着电动汽车的普及，为电动汽车运行提供能源补给及维修等服务的充电桩是电动汽车发展所必须的重要配套基础设施，目前其建设发展的相对滞后己成为制约电动汽车行业发展的瓶颈。因此，迅速建设一批充电桩等配套服务设施迫在眉睫，对电动汽车的推广和普及具有十分重要的意义。本文以电动汽车充电桩为研究对象，围绕电动汽车充电桩数量的确定、网络布局选址问题展开研究。

关键词：新能源；充电桩；预测算法模型；区域数量模型；弹性系数法

一、研究背景

近年来，随着全球能源危机问题益严重，可替代能源与能源可持续发展问题迫在眉睫，电能以其清洁的可再生能源优势成为众多国家的首选。由于环境和经济等多方面原因，全球都在减少包括汽车用汽油在内的化石燃料的使用。同样对于消费者来说，由于环境或经济的原因，也开始转向选用电动汽车。电动汽车具有零排放、无污染、能耗低、能源利用率高等优点，但目前关于充电桩数量的确定、布局规划还未有一套系统、全面的理论方法，而且电动汽车的应用及推广过程中也有许多问题值得讨论。

二、模型的建立与求解

2.1基于预测算法模型

电动汽车由于受到电池容量的制约，车辆行驶路程较短，且充电桩的布置位置与用户充电的便利性息息相关。与此同时，在进行充电桩建设时，既要保证满足当前的充电需求，又要避免充电桩的过量建设，浪费资源。在对充电桩需求总量进行预测时，首先运用组合法、比例法相结合方法对规划地区未来几年的电动汽车保有量进行预测，再分别对电动汽车快速充电需求量与常规充电需求量进行计算，根据总充电需求量测算公用充电桩的需求范围。本次计算的车辆充电需求主要是出租车、其他乘用车应急快充，以及一部分其他乘用车常规充电需求电量的总和。其中，其他乘用车中车辆采用常规充电与快速充电的比例根据规划地区车辆使用情况的调查以及参照其他城市比例标准综合确定。

常规充电需求计算如下：

（1）

在确定车辆充电需求总量后，根据参考文献的计算方法，得到充电桩的需求量范围。至于充电桩最终的建设数量，还需要根据政府部门的计划以及专家们的意见，根据规划地区的实际情况，经过专家们多次的商讨后，才能确定充电桩最终的建设数目。

2.2区域电动汽车数量模型

假设规划区的电动汽车总量为N，平均每天有充电需求的电动汽车为总量的1%，由求得的电动汽车充电桩数量和规划区域内电动汽车的分布密度，用等面积法将规划区划分为个区域，每个区域建一个充电桩。由于每个区域的居民负荷不同，所以电动汽车数量会有一定的差异。倘若电动汽车充电桩建设规模一致，势必造成资源浪费或者供不应求。各区域电动汽车数量由式（2）确定。

（2）

式中：S为规划区的居民总负荷；Si为第i个区域的居民负荷；S和Si均根据

空间负荷预测模型得到。居民负荷直接反映了居民数量和经济生活水平，故本文

选取居民负荷作为参考。

三、模型分析

中国是高人口密度国家，基于中国人口分布情况，城市的充电桩密度普遍大

于乡村充电桩的密度。中国投资于充电桩应该先城市、后农村，统筹兼顾。要使

中国的充电网络从零发展到全电动车系统，原则上新建住宅配建的停车位百分之

百要建设充电设施或预留安装条件。公共停车场配建的充电设施或预留安装条件

的比例不能低于10%。2000辆电动汽车必须配建一座公共的充电桩，鼓励建设机械一体化的停车充电一体化设施。

由于电动汽车分布密集的地区主要在城市，考虑到资金要循序渐进的投入使

用的特点，所以在首先在试点城市建设充电设施，等到城市的试验显现出成功的

趋向，则在农村开设试点。根据预测试点城市应按标准化施工建设、满足消费者

需求的原则，将充电设施纳入城市交通运输体系和城市建设行业规划，科学确定

建设规模和选址分布。通过总结试点经验，确定符合区域实际和新能源汽车特点

的充电设施发展方向。城市充电桩逐渐完善，农村也将必将发展起来，城乡基本

一体化。把城市合理规划布局和乡村充电桩布局结合起来，加快城乡充电桩、城

市充电桩、城际快充站等充电基础设施建设。研究制定新能源汽车充电设施总体

发展规划，根据新能源汽车产业化进程积极推进充电设施建设，促进城市与乡村

充电桩的共同发展。因此，发展电动化汽车应先城市、后农村，统筹兼顾。

四、模型评价及推广

4.1模型评价

对于本文的数学模型，我们首先建立了基于预测算法模型，然后建立区域电

动汽车数量模型，根据以上两个模型建模的方法，通过对具体问题代入数据进行

验证后，结果基本符合实际情况，确定该模型具有科学性、合理性和可行性。综

合客观评价以上所建模型，能够解决文章提到的各项问题。对于所建模型既有其

优点，也有其缺点。其优缺点如下：

优点：对于计算电动汽车充电桩需求数量的问题，我们抓住其重要因素，对

重要因素进行赋值和计算，把抽象问题转化为定量的计算模型，使问题的解决更

加直接和客观。考虑地块性质的差异性，按负荷预测模型来确定居民负荷分布的

位置及数量。根据每个区域的差异性建设不同规模的电动汽车充电桩，体现所建

模型的真实性。该模型既可以对问题静态分析，确定所建充电桩网络的数量问题；也可以对事件动态分析，确定主要影响元素，来调整和改善设想方案，最后得出

待求结果。

缺点：对于问题的分析过于客观，所划定的影响因素及分类也都是客观的评

定标准，没有考虑比如国家政策实施、专家意见、社会评价等问题。

4.2模型推广

我们所建立的模型的思想从宏观上讲是为了确定一个地区对一事物的需求量，为了实现这个想法我们把问题分为具体的两个问题，首先，我们通过模型一基于

预测算法模型将需求具体化，再根据具体化的需求进行计算，得到相对准确的需求。再次，我们通过模型二区域电动汽车数量模型，解决一个区域内，对居民负

荷情况进行分析，根据区域因素的差异，做到资源的最优配置。对于个人、组织、国家和社会可以借鉴使用该模型来较为准确的计算某一事物在某一区域的需求量，并根据因素不同进行合理配置，以求事物的配置达到最佳状态。

结语：