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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?!峨妱悠嚦潆娀A(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,科學規(guī)劃充電設(shè)施對推廣電動汽車應用至關(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[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)?;妱悠囋诼肪W(wǎng)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(guān)重要。
文獻[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[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(wǎng)中快速充電站充電負荷。文獻[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(shè)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(jīng)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(shù)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(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[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,模型應用具有一定局限性。
綜合來看,現(xiàn)有研究均未建立準確的路網(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,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規(guī)劃模型及求解方法。
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