基于社会网络分析的电动出租车电池配送网络优化研究

作     者：张辽 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：张硕;王继龙

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：电动出租车 换电网络 社会网络分析 选址规划 路径优化 

摘      要：为实现我国双碳战略目标,能源绿色低碳转型是基础支撑,全面推广电动汽车,推进交通运输领域能源清洁替代是关键路径。电动出租车是公共交通领域能源清洁替代与电气化发展的核心要素,也是电动汽车全面推广的重要组成部分。然而,电动出租车行驶里程短、充电时间长等问题严重制约了其正常运营,构建全面覆盖出租车用电需求的换电服务网络,且高效消纳可再生能源电力,已成为城市公共交通能源清洁替代的发展趋势。以风电、光伏等可再生能源基地为清洁能源供应中心,合理布局换电站选址,优化电池配送路线,形成站点协同互联的电池配送网络是构建城市换电服务网络的基础。当前,我国的换电设施数量与电动出租车发展规模极不匹配,换电站之间缺乏关联协同,无法全面覆盖出租车换电需求,换电设施对清洁能源高效消纳的作用未充分体现,成为电池配送网络规划布局的核心问题。为此,本文以城市路网作为电池配送网络布局基础,综合考虑换电站之间的关联协同特点、电动出租车的位置不确定性特点、全面覆盖车辆换电的服务需求,以及直接消纳可再生能源的电池配送服务等要素,构建了电动出租车电池配送网络两阶段优化模型,进行了电池配送网络的布局优化与应用研究。本文的主要研究思路和创新之处如下:首先,基于社会网络分析法构建了换电站选址规划模型,确定电池配送网络的各站点位置,即电池配送网络优化的第一阶段模型。以城市路网为基础,将路网节点作为换电站候选节点,应用社会网络分析法确定各节点的点度中心度、接近中心度和中介中心度指标,构建站点的综合效用模型,区分各站点在配送网络的重要程度;应用网格法划分服务区域,构建换电需求模块,以换电站网络总体效用最优为目标,构建了全面覆盖换电需求的配送网络换电站选址模型;应用自适应遗传算法对模型进行求解。其次,构建了电池配送路径优化模型,电池配送网络优化的第二阶段模型。考虑可再生能源的高效消纳需求,以风电场区域作为电池供应中心,在电池配送网络内设置配送中心,统一配送与收集电池,形成整体配送网络;结合配送的电池数量、车辆装载量、电池配送车辆运输成本、以及服务的时间窗等约束条件,以电池配送成本最低为目标函数,构建了电池配送网络路径优化模型;应用了改进的粒子群算法对模型进行求解。最后,以北京市四环作为换电服务覆盖区域,构建了换电站服务网络,得出换电站的最佳位置,在四环内建立配送中心,得出最佳的配送路径,形成了面向北京四环主城区的电动出租车电池配送网络。结果表明该两阶段模型可得出合理的换电站数量和配送路径,实现服务区域均衡分布全覆盖,形成了符合城市路网特点及换电服务需求的电池配送网络,发挥了换电服务网络对清洁能源高效消纳的作用。本文构建的出租车电池配送网络两阶段优化模型可为电动出租车换电服务网络规划应用提供决策辅助支持。