★中國電工技術(shù)學(xué)會出品★

天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點實驗室、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)驗證了所提方法的實用性與有效性。

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，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(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優(yōu)化的兩階段模型，已經(jīng)實現(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)果驗證了本文所提規(guī)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(chǔ)上加入動態(tài)路徑選擇模型（DynamicRoute Choice Model DRCM）以實現(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。