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基于供给需求侧的城市不同功能区充电设施规划研究

李芳  
【摘要】:随着近年来环境污染和能源短缺问题日益严峻,世界各国对能源结构调整以及节能减排技术研究的热情持续高涨。电动汽车因其清洁的电力能源驱动且兼具节能和环保特性而备受青睐,被大量投放市场作为理想的燃油汽车替代品。然而随着电动汽车发展初具规模,城市内电动汽车充电的供需不平衡问题日益加剧,有车无桩和有桩无车的现象并存,基础设施不完善导致的电动汽车“里程焦虑”,使电动汽车的发展进入瓶颈阶段,并逐渐成为影响电动汽车发展进程的关键因素,因此实现城市内充电设施的合理布局是解决上述问题的有效途径之一。针对城市不同功能区充电设施规划的问题,本文认为应当充分考虑不同功能区充电设施之间互补替代效应,根据不同区域的供给能力,配建不同类型和数量的充电设施以满足多样化的充电需求。基于此,本文首先介绍了国内外电动汽车充电设施规划建设情况及充电设施规划方法研究现状,阐述了充电需求预测的特点和方法及充电设施规划的基本原则和主要内容。然后本文分别从供给需求侧的角度出发分析充电设施规划影响因素,定性分析了分布式充电桩的供给能力,并采用模糊TOPSIS综合评价方法对充电站候选站址的供给能力进行排序。接着本文从城市不同功能区的特点出发,提出了一种提出了基于蒙特卡罗模拟的充电负荷时空分布及快慢充分布预测方法,该方法根据不同功能区电动汽车的行驶停放规律,将快慢充需求的概率模型与停车需求的时空分布相结合,预测不同功能区快慢充需求的充电负荷。在此基础之上,本文定量分析了不同功能区充电设施之间的互补替代效应,建立了同时考虑充电桩和充电站规划的统一模型。该模型以最小化投资成本、运维成本、电量成本和充电站用户成本为目标,以满足充电需求为约束条件,对居民区、商服区、工业区的充电桩数量和快慢充配比进行规划的同时,对快速路充电站在路网中的位置和容量进行优化。然后本文将加权Voronoi图和改进的粒子群算法相结合对模型进行求解。通过北京市西城区的充电设施规划研究这一算例充分验证了模型的实际应用能力及有效性。本文提出的充电负荷预测方法对电动汽车的充电需求更细分化,为不同功能区配建不同类型的充电设施提供支撑;充电设施规划则综合考虑区域供给的约束和充电需求的推动,以充电设施间的互补为前提,以全社会成本最小为目标,使规划建设更合理史经济。这些研究内容在一定程度上对城市电动汽车充电设施的规划有参考借鉴作用。


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