DOI :10.7500/AEPS20130317006
电动公交车换电站 电池充电站优化规划
钱一斌,石东源,谢平平,朱一林
(强电磁工程与新技术国家重点实验室,华中科技大学,湖北省武汉市430074)
摘要:充电设施的规划与建设是解决电动汽车发展瓶颈的重要问题三电动汽车在公共交通领域发
展迅速,并广泛采用换电模式三文中充分考虑了电动公交汽车换电电量需求和充换电行为,提出了一种换电站 电池充电站建设模式,并给出了相应的优化规划方法三该方法首先使用近邻传播聚类算法对换电需求点进行空间聚类,以确定电池充电站的站址和规模,并利用化石燃料与电能的热值关系,将当前柴油公交车日消耗能量折算成电能以确定换电电量需求三然后,利用排队论方法对电池充电站内的工作情形进行建模,提出以拒绝服务率为主要约束,以综合建设成本最小为目标的优化模型三最后,以某城市实际统计数据为例给出了该市公交汽车换电站二电池充电站以及其充电设备二换电设备二电池的规划方案,为电动公交车充二换电站的实际规划提供参考三关键词:近邻传播聚类;电池充电站;换电站;排队论;电动汽车
收稿日期:2013-03-17;修回日期:2013-09-09三
国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2011AA05A109)
;中国博士后科学基金资助项目(20110491133);国家自然科学基金重点项目(50937002)
三0一引言
电动汽车替代传统燃油汽车已成为汽车产业可持续发展的必然趋势,在全世界范围内得到了快速
发展[
1]
三电动汽车电池能量补给有充电和换电2种模式三在公交汽车等公共交通领域,换电模式因能
量补给快二节能减排和经济效益明显而得到推广[
2]三充电设施的规划主要包括选址二定容2个方面,
国内外已经展开了大量研究三文献[3-4]
综合考虑了电力网络二交通因素及建设初期购置设备费用和运行期间购买电能费用,建立了集中型充电站定址定容模型三文献[5-8]提出了计及地理因素和服务半径的以规划期内充电站总成本最低和年运行收益最大为目标的充电站最优规划模型三文献[9]给出了一种基于电网分区规划并以用户进站充电过程能耗损失最小为目的的充电站选址优化方法三文献
[10-11]
利用排队论的方法研究了基于用户行为的充电站充电机数目定量方法三文献[12]利用动态交通网络思想,建立了基于硬时间窗约束下的确定充电站布局及最佳规模的多目标优化模型三上述研究
主要分析了民用汽车领域充电站的规划优化问题,而国内目前私人轿车普及率不高,公共交通工具在日常出行中仍占很大比重,电动汽车在公共交通领域的发展日益迅速,需要对电动公交汽车的充换电
设施规划进行深入研究三
本文综合考虑了电动公交车换电站二电池充电
站的工作过程,利用油 电热值折算的方法确定公交车的换电电量需求,并使用带加权偏向参数的近邻传播聚类(AP )算法对换电需求的空间分布进行聚合分析,完成充电站的选址三然后,使用排队论方
法对电池充电站的工作过程进行建模,提出以拒绝
服务率为主要约束二综合建设成本最小为指标的优化模型;并使用遗传算法对该混合整数非线性约束优化问题进行求解,确定了充换电设施及所需电池数目三
1一电动公交车运营模式及充换电站规划
1.1一电动公交车的运营模式
公交车是城市居民日常出行的重要交通工具三在政府公布的‘电动汽车科技发展 十二五 专项规划“中,中国计划在 十二五 期间大力发展电动汽车,并在公共交通车领域率先推广三由于公交车每日按照固定班次二时刻从首末停车站点出发并循固定路线往返于首末站之间,运营十分规律三其车载电池容量大二电池规格统一,常采用换电模式作为其能量补给方式,并通过在线路首末站建设换电站为其提供电池更换服务三
电动公交车换电模式下电池充电站的选址是规划问题的关键三城区服务设施建设土地成本高,但公交线路均有专用首末停车站,并且换电过程常在车辆抵达终点站后进行,因此,本文选择已有公交线路的首末停车站作为电池充电站的备选站址三利用
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日Vol.38一No.2Jan.25,2014