★中國電工技術學會出品★

天津大學智能電網教育部重點實驗室、中國電力科學研究院的研究人員葛少云、朱林偉等，在2018年第13期《電工技術學報》上撰文，針對已有研究無法計及路網中車輛出行需求時空動態變化的問題，提出基于動態交通仿真的高速公路電動汽車充電站規劃方法。

首先，提出了基于路段傳播模型LTM的高速公路動態交通仿真方法，實現交通流量時空分布的模擬和充電站電動汽車到達率的準確分析；其次，利用M/M/S排隊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運維成本為目標，考慮電動汽車充電需求、充電便捷性以及配電網容量等約束，建立了高路公路電動汽車充電站多目標規劃模型，并基于多目標粒子群算法和VIKOR理論求解該模型得到最優規劃方案；最后，通過環形高速路網驗證了所提方法的實用性與有效性。

隨著人們對環境的關注和國家政策的支持，電動汽車的滲透率不斷提高。《電動汽車充電基礎設施發展指南（2015-2020）》指出，經測算，到2020年全國電動汽車保有量將超過500萬輛[1]。完善的充電基礎設施體系是電動汽車普及的重要保障。因此，科學規劃充電設施對推廣電動汽車應用至關重要。

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

路網和電網是能源互聯網的關鍵組成部分[10]，而電動汽車作為一種交通工具，其在路網中行駛滿足出行需求，在電網中充電獲得能量補給，是路網和電網耦合的重要紐帶。模擬規模化電動汽車在路網中的行駛特性對分析電動汽車行駛途中的充電負荷時空特性至關重要。

文獻[11]將電動汽車作為路網和配電網的連接點，基于靜態交通博弈建立了路網和配電網可靠性聯合評估模型。文獻[12]建立了基于馬爾科夫鏈的交通仿真模型，并用于預測城市路網中快速充電站充電負荷。文獻[13,14]在充電站規劃過程中考慮了交通流量的相關因素。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交通流量。

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

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

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

針對上述情況，本文引入交通領域能計及復雜路網環境的路段傳輸模型（LinkTransmission Model, LTM），開展高速路網動態交通仿真以獲得準確的車流量時空分布，并利用該仿真結果借助M/M/S排隊論模型計算電動汽車充電站的服務指標，均衡考慮充電站建設方和電動汽車用戶的利益，提出了高速公路充電站多目標規劃模型及求解方法。

結論

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

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

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

環狀高速路網算例結果驗證了本文所提規劃方法的正確性與實用性。未來的研究工作將在該模型的基礎上加入動態路徑選擇模型（DynamicRoute Choice Model DRCM）以實現城市路網動態交通仿真，并應用于城市路網環境中的途中充電模式的快速充電站規劃和目的地充電站規劃。