[发明专利]一种基于排队论算法的电动汽车换电站选址规划方法

摘要

一种基于排队论算法的电动汽车换电站选址规划方法，目的是实现城区内电动汽车基础设施的合理规划与节能，其技术方案是，所述方法通过排队论的方法计算换电站内最佳设施数目，将换电站与集中型充电站（变电站）作为整体研究对象，构建以总体运营成本和运输成本最小化为目标的优化模型，最后利用该模型实现电动汽车换电站的选址规划。本发明在充分考虑换电站建设成本、运输能耗和用户用电需求的基础上，规划制定符合城区建设要求的选址模型。实验结果证明，本方法不仅能够计算出换电站选址的优化方案，还能得出最优变电站的接入方案，对城区内电动汽车充、换电站的规划建设具有重要的指导作用。

主权项

一种基于排队论算法的电动汽车换电站选址规划方法，其特征是，所述方法通过排队论的方法计算换电站内最佳设施数目，将换电站与集中型充电站作为整体研究对象，构建以总体运营成本和运输成本最小化为目标的优化模型，最后利用该模型实现电动汽车换电站的选址规划，所述方法包括以下步骤：a.根据国家制定的选址标准，初选城区内符合条件的换电站候选站址的位置，同时采集城区内变电站的坐标数据；b.通过待规划区域内的统计年鉴，收集近20年待规划区域的机动车保有量数据，以及影响机动车数量发展的因素数据，通过这些数据做出多因素灰色关联度分析，进而拟合出未来城区内机动车的发展趋势，得到机动车保有量的预测数据，最后通过专家预测的未来电动汽车所占机动车比例得出城区内电动汽车的保有量数据；c.将待规划区域按照用地性质、包括商业用地、住宅用地、工业用地进行分区划分，将相同用地种类划分在同一区域，结合步骤b中得出的电动汽车保有量情况，以临近城市中心附近区域到城市边缘区域按比例递减的方式，制定各分区内的换电需求量；d.根据步骤c中计算得到的各区域内的换电需求量及电动汽车的参数和运行情况(包括百公里平均电耗、日行驶平均里程、平均电池容量)，运用排队论中M/M/s的模型确定区域内最佳的换电设施数目；e.根据待规划区域内土地地价的信息，得到不同性质用地的基准地价，并根据国家制定的电动汽车充换电站标准的文件中标明的不同等级下充、换电站的占地面积，结合步骤d中的计算结果，确定不同区域内建设换电站的土地成本；f.规定约束条件和参数情况，以总体运营成本和运输成本最小定义选址模型公式：Min C＝C₁+C₂S.t.$\underset{m\∈M}{\Σ}{z}_m=1$$\begin{array}{cc}{z}_{mn}\≤\underset{m}{\Σ}{x}_n& \∀m\∈M,n\∈N\end{array}$$\underset{n}{\Σ}{x}_n\≤1$x_n∈{0,1}y_nk∈{0,1}z_mn∈{0,1}其中，C₁为运营成本，其公式为：s为换电站内的换电设施数目；为换电站所占土地的使用成本；e₁为单台换电设施的平均时间成本(包含设备的维护成本、折旧成本、人力成本)；z_m为需求区域m内所有电动汽车用户，在一定时间内仅能接受附近站址的服务；x_n为在候选站址点n处建设换电站；C₂为道路运输成本，其公式为：M＝{m}为需求区域的集合，G＝{g}为变电站点的集合，N＝{n}为换电站候选站址点的集合,H_m为规划区域内的换电需求量，d_mn为换电需求点到候选址点的距离，d_ng为候选站址点到变电站的距离，α,η为行驶路程成本,y_ng,z_mn为0‑1选择变量，其中：y_ng表示如果候选站址点n选择变电站g为集中型充电站，则为1，否则为0；z_mn表示如果需求区域m选择在候选站址点n处接受服务，则为1，否则为0；g.确立规划年，即确定换电站选址规划年份，以此通过拟合预测模型计算出该年机动车的保有量情况，从而可由专家预测比例数据确定该区域内电动汽车的保有量情况；将步骤a,b,c,d中收集和预测的数据分别代入选址模型之中，通过计算得到最小总体运营成本和运输成本C；将符合该最小成本的换电站候选站址点的集合N＝{n}、变电站点的集合G＝{g}筛选出来，并将筛选出的各站址点标注在城区规划地图内。