★中國電工技術(shù)學(xué)會出品★

天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國電力科學(xué)研究院的研究人員葛少云、朱林偉等，在2018年第13期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，針對已有研究無法計及路網(wǎng)中車輛出行需求時空動態(tài)變化的問題，提出基于動態(tài)交通仿真的高速公路電動汽車充電站規(guī)劃方法。

首先，提出了基于路段傳播模型LTM的高速公路動態(tài)交通仿真方法，實(shí)現(xiàn)交通流量時空分布的模擬和充電站電動汽車到達(dá)率的準(zhǔn)確分析；其次，利用M/M/S排隊(duì)論模型求取電動汽車的充電等待時間；再次，以最小化電動汽車日充電等待時間和最小化年建設(shè)運(yùn)維成本為目標(biāo)，考慮電動汽車充電需求、充電便捷性以及配電網(wǎng)容量等約束，建立了高路公路電動汽車充電站多目標(biāo)規(guī)劃模型，并基于多目標(biāo)粒子群算法和VIKOR理論求解該模型得到最優(yōu)規(guī)劃方案；最后，通過環(huán)形高速路網(wǎng)驗(yàn)證了所提方法的實(shí)用性與有效性。

隨著人們對環(huán)境的關(guān)注和國家政策的支持，電動汽車的滲透率不斷提高。《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020）》指出，經(jīng)測算，到2020年全國電動汽車保有量將超過500萬輛[1]。完善的充電基礎(chǔ)設(shè)施體系是電動汽車普及的重要保障。因此，科學(xué)規(guī)劃充電設(shè)施對推廣電動汽車應(yīng)用至關(guān)重要。

現(xiàn)有關(guān)于電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃的研究主要集中在城市區(qū)域[2-4]。文獻(xiàn)[5-9]將城市劃分為不同的功能區(qū)域，然后利用出行鏈、停車生成率等模擬電動汽車的行為，研究充電負(fù)荷的時空分布，可以解決電動汽車在不同功能區(qū)之間轉(zhuǎn)移停放時的充電負(fù)荷模擬，但屏蔽了路網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)，無法考慮電動汽車在行駛過程中需要充電的情況。

路網(wǎng)和電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分[10]，而電動汽車作為一種交通工具，其在路網(wǎng)中行駛滿足出行需求，在電網(wǎng)中充電獲得能量補(bǔ)給，是路網(wǎng)和電網(wǎng)耦合的重要紐帶。模擬規(guī)模化電動汽車在路網(wǎng)中的行駛特性對分析電動汽車行駛途中的充電負(fù)荷時空特性至關(guān)重要。

文獻(xiàn)[11]將電動汽車作為路網(wǎng)和配電網(wǎng)的連接點(diǎn)，基于靜態(tài)交通博弈建立了路網(wǎng)和配電網(wǎng)可靠性聯(lián)合評估模型。文獻(xiàn)[12]建立了基于馬爾科夫鏈的交通仿真模型，并用于預(yù)測城市路網(wǎng)中快速充電站充電負(fù)荷。文獻(xiàn)[13,14]在充電站規(guī)劃過程中考慮了交通流量的相關(guān)因素。上述研究從不同角度計及了交通流量的影響，但是大多采用的都是靜態(tài)交通流量。

高速路網(wǎng)采用全封閉、全立交、嚴(yán)格控制出入的運(yùn)營模式，保證電動汽車在城市間行駛途中快速電量補(bǔ)給具有重要意義，部分文獻(xiàn)對高速公路充電設(shè)施進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[15]基于電量分布和行駛里程分析了電動汽車經(jīng)過充電站時充電的概率，以進(jìn)入高速公路充電站充電電動汽車數(shù)量期望最大為目標(biāo)建立了選址模型，通過排隊(duì)論建立了充電站的定容模型。

文獻(xiàn)[16]分析了電動汽車在高速路網(wǎng)中的充電需求分布，建立了高速路網(wǎng)電動汽車充電站布點(diǎn)優(yōu)化的兩階段模型，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于某一時間斷面的車流量的規(guī)劃模型，但未涉及動態(tài)車流的影響。文獻(xiàn)[17]提出高速公路中動態(tài)車流的模擬方法，建立了高速公路充電站優(yōu)化規(guī)劃模型，但無法考慮二維路網(wǎng)中各路段間的相互影響，模型應(yīng)用具有一定局限性。

綜合來看，現(xiàn)有研究均未建立準(zhǔn)確的路網(wǎng)動態(tài)交通仿真模型，一方面無法模擬電動汽車在路網(wǎng)中的行駛特性，另一方面無法考慮交通流量的動態(tài)變化和多起終（OriginDestination, OD）點(diǎn)的耦合影響。

針對上述情況，本文引入交通領(lǐng)域能計及復(fù)雜路網(wǎng)環(huán)境的路段傳輸模型（LinkTransmission Model, LTM），開展高速路網(wǎng)動態(tài)交通仿真以獲得準(zhǔn)確的車流量時空分布，并利用該仿真結(jié)果借助M/M/S排隊(duì)論模型計算電動汽車充電站的服務(wù)指標(biāo)，均衡考慮充電站建設(shè)方和電動汽車用戶的利益，提出了高速公路充電站多目標(biāo)規(guī)劃模型及求解方法。

結(jié)論

本文提出了基于動態(tài)交通仿真的高速公路電動汽車充電站規(guī)劃通用性方法，可以更加合理地規(guī)劃充電站，主要貢獻(xiàn)如下：

1）基于動態(tài)交通仿真預(yù)測充電站的電動汽車到達(dá)率，然后利用M/M/S排隊(duì)論計算電動汽車等待時間。可以準(zhǔn)確考慮不同城市OD對間的動態(tài)出行需求和典型交通流量特性對充電站電動汽車排隊(duì)過程的時空影響。

2）將電動汽車充電等待時間和充電站建設(shè)運(yùn)維成本最小作為兩個利益主體的目標(biāo)，應(yīng)用多目標(biāo)粒子群算法進(jìn)行求解，并考慮充電站建設(shè)方的偏好，采用VIKOR理論對非劣解進(jìn)行排序選擇出最優(yōu)充電站規(guī)劃方案。所得規(guī)劃方案可同時兼顧充電站建設(shè)投資成本和電動汽車的充電服務(wù)便捷性。

環(huán)狀高速路網(wǎng)算例結(jié)果驗(yàn)證了本文所提規(guī)劃方法的正確性與實(shí)用性。未來的研究工作將在該模型的基礎(chǔ)上加入動態(tài)路徑選擇模型（DynamicRoute Choice Model DRCM）以實(shí)現(xiàn)城市路網(wǎng)動態(tài)交通仿真，并應(yīng)用于城市路網(wǎng)環(huán)境中的途中充電模式的快速充電站規(guī)劃和目的地充電站規(guī)劃。