高速公路网电动汽车充电站选址与定容研究

作     者：郑瑶 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾永基

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：电动汽车 充电站选址与定容 免疫算法 排队论 截流选址 

摘      要：在政府的大力扶持下,作为新能源汽车代表的电动汽车在缓解能源短缺、保护环境、减少噪音污染等方面发挥了重要作用。但随之而来的是人们日益增长的充电需求与相对落后的充电设施之间的矛盾,这也是当前主要制约电动汽车行业发展的首要因素,合理的充电站位置和合理的充电站规模是完善基础充电设施的关键一步。随着高速公路网的全面覆盖以及出行需求的拓展,高速公路网中行驶的电动汽车数量将大幅度上涨,随之而来的是作为必要交通服务设施的电动汽车充电站在高速公路沿线的建设需求。因此,以高速公路网为背景,将电动汽车用户在高速公路网中的充电行为看作过路需求,研究电动汽车充电站在高速公路网中的选址和定容问题十分具有实际意义。本文主要根据高速公路网的特征,使用经典的截流选址模型,结合排队论知识,同时站在运营商角度和用户角度分别考虑建站成本和充电站服务水平,做出电动汽车充电站的选址和定容决策。首先,在文献综述的基础上建立了以充电站截取的车流量最大化和总建设成本最小化为优化目标的多目标混合整数规划模型,并运用免疫算法进行求解。考虑到电动汽车的续航能力,引入电动汽车用户焦虑电量系数来代替传统的电量警戒系数,结合排队系统,对进入电动汽车排队系统排队的客户进行分类。将客户分为时间宽裕和时间紧迫两类,且时间宽裕的用户中又存在对资金敏感和对资金不敏感两种类型。假设有两种充电桩,一类充电桩充电速率快但价格贵,二类充电桩充电速率慢但价格实惠。时间紧迫的用户会选择一类充电桩,而时间宽裕的用户会选择二类充电桩,但其中对资金不敏感的客户也存在一定的概率选择一类充电桩。最后,通过武汉省高速公路的具体算例,比较Cplex求解结果和免疫算法优化结果来验证本文模型和算法的可行性和有效性,得出最优的建站站址和站内最优的两种类型充电桩的数量,并分析了电动汽车最大续航里程和用户焦虑电量系数对结果的影响。