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目录
💥1 概述
文献来源：
针对电动汽车充电站的优化配置问题，绝大部分已有的研究中只考虑了单一种类的充电设施。在仅有的少量考虑多类型充电设施的相关文献中，如文献[47]，也只是简单地将充电设施种类视作区域负荷类型的直接相关量（居民区域对应着低功率充电桩、商业区域对应着较大功率充电桩、道路附近则对应着超大功率充电桩)。然而，随着越来越多的不同类型不同功率的充电设施接入配电系统,即便是在同一地点、同一充电:场所，也逐渐呈现出多种类型充电设施共存的状态。这些充电设施在满足电动汽车车主多样化的充电需求的同时，也改变了电动汽车负荷的时空分布情况，使得不同类型充电设施间的相互影响日益显著，并逐渐成为电动汽车充电站优化配置过程中不可忽略的因素。
基于上述背景，本章选择3种典型的电动汽车充电桩,研究了含多类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法。按照充电功率的升序排列，所选取的3种电动汽车充电桩依次代表了慢速充电设施(Slow charging facility，SCF)、快速充电设施（Fast charrging facility，FCF）和超级快速充电设施(Ultra-fast charging facility，UCF)。为了处理由多类型充电桩间相互影响导致的条件场景约束，同时降低电动汽车充电站优化配置模型的复杂度，本章提出了针对条件场景约束的二步等价方法，并应用二阶锥松弛技术将混合整数非线性规划问题转化为混合整数二阶锥规划问题。为了检验上述模型与方法的有效性，本章采用江苏地区一个实际的电气-地理信息耦合系统作为算例，通过对比不同电动汽车充电站优化配置方案的年化社会总成本，证明了在优化配置问题中同时考虑多种类型充电桩的意义与价值。
根据服务对象的不同，电动汽车充电站可以分成两类:一类是为公交车、出租车等公共交通提供集中充电服务的定点场站;另一类是为私人电动汽车提供即时、零散充电的公共场站。本章的研究针对后一类电动汽车充电站，且研究的区域集中在城市中，认为电动汽车主要用于城市内的短途出行。因此，本研究中的电动汽车充电行为呈现出两个显著的特征:一方面，不同于远途行驶电动汽车在高速公路两侧的紧急充电模式(Urgent charging mode)，城市内的电动汽车车主往往倾向于在出行的目的地进行充电，即目的地充电模式(Destination charging mode）122]。这样的充电方式使得电动汽车车主可以在充电的同时进行自己原计划的活动，如购物、工作、访友等，带来了极大的便利性。另一方面，在每次充电时，电动汽车车主都希望充入尽可能多的电能，直至将电池充满，从而有效抵御电动汽车续航能力不足带来的潜在风险，即所谓的“续航焦虑”(Range anxieties )
详细文章讲解见第4部分。
摘要
随着电动汽车市场的快速发展，充电站作为电动汽车的核心基础设施，其优化配置显得尤为重要。本研究针对含多类型充电桩（如交流慢充桩、直流快充桩、换电站等）的电动汽车充电站，提出了一套优化配置方法。该方法综合考虑运营成本、充电服务质量、资源利用效率等多个目标，通过构建多目标优化模型，结合排队论、二阶锥松弛技术等，实现了充电桩类型、数量和布局的科学配置。
一、研究背景与意义
1.1 研究背景
随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，电动汽车因其节能减排的特性而受到广泛关注。电动汽车的快速发展对充电基础设施提出了更高的要求，尤其是充电站的布局和配置。当前，充电桩类型日益丰富，包括交流慢充桩、直流快充桩、换电站等多种类型，不同类型充电桩在充电速度、成本、适用场景等方面存在显著差异。
1.2 研究意义
合理的充电站优化配置不仅可以提高充电效率、降低充电成本，还能提升用户体验、促进电动汽车市场的健康发展。本研究旨在提出一套含多类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，为充电站的规划与建设提供理论指导和实践参考。
二、优化配置目标与原则
2.1 优化配置目标
- 运营成本最小化：涵盖充电桩的购置成本、安装成本、运营维护成本以及土地租赁成本等。
- 充电服务质量最优化：主要体现在用户的充电等待时间和充电满意度上，通过合理配置不同类型充电桩，减少用户等待时间，提高服务质量。
- 资源利用效率最大化：包括充电桩的利用率和土地资源的利用效率，避免出现部分类型充电桩闲置，而其他类型充电桩供不应求的情况。
2.2 优化配置原则
- 用户需求导向：以电动汽车用户的需求为出发点，充分考虑用户分布、出行习惯等因素。
- 经济性原则：在满足用户需求的前提下，降低充电桩建设成本，提高投资回报率。
- 可持续性原则：充分考虑充电桩的长期运营，确保充电桩设施的安全、稳定运行。
- 技术前瞻性原则：采用先进的技术，提高充电桩的充电效率、安全性能和用户体验。
三、影响优化配置的关键因素
3.1 电动汽车充电需求特性
包括充电量需求、充电时间分布、充电车型等。不同区域的充电需求存在差异，例如商业区的电动汽车多为临时充电，充电时间集中在白天，且对充电速度要求较高；住宅小区的电动汽车则多在夜间充电，用户可接受较长的充电时间。
3.2 充电桩技术参数
不同类型充电桩的充电速度、成本、适用场景等参数直接影响配置方案。在配置时，需根据充电需求特性，选择合适技术参数的充电桩，以匹配电动汽车的充电需求。
3.3 周边交通与地理环境
充电站应选址在交通便利、车流量较大的区域，如高速公路服务区、商业区停车场、住宅小区周边等。同时，需考虑周边的电力供应能力，确保充电站的电力接入能够满足多类型充电桩的用电需求。
3.4 政策与标准规范
政府出台的关于电动汽车充电基础设施建设的补贴政策、土地规划政策以及充电接口标准、安全标准等，都会影响充电站的优化配置。例如，某些地区对建设直流快充桩给予较高的补贴，这会在一定程度上影响充电桩类型的选择。
四、优化配置模型构建
4.1 多目标函数设定
结合优化配置的核心目标，设定多目标函数：
- 运营成本函数：表示为不同类型充电桩的数量与各自单位成本（包括购置、安装、维护等）的乘积之和，再加上土地租赁等固定成本。
- 用户平均等待时间函数：基于排队论模型构建，根据不同类型充电桩的服务率和电动汽车的到达率，计算用户的平均等待时间。
- 充电桩利用率函数：为各类型充电桩的实际使用时间与总可用时间的比值的加权平均。
4.2 约束条件
- 充电需求约束：配置的多类型充电桩的总充电能力需满足区域内电动汽车的总充电需求。
- 土地资源约束：充电站的占地面积有限，不同类型充电桩的安装需要一定的空间，配置的充电桩数量和布局需在土地面积允许的范围内。
- 电力供应约束：充电站的电力负荷不能超过周边电网的供电能力，不同类型充电桩的功率总和需控制在电力供应限额内。
- 充电桩数量约束：各类型充电桩的数量不能为负数，且需为整数，同时考虑实际运营中的合理数量范围。
4.3 模型求解方法
为了处理由多类型充电桩间相互影响导致的条件场景约束，同时降低模型复杂度，可采用二步等价方法，并应用二阶锥松弛技术将混合整数非线性规划问题转化为混合整数二阶锥规划问题，提高求解效率。
五、案例分析
5.1 算例背景
采用江苏地区一个实际的电气-地理信息耦合系统作为算例，该区域电动汽车保有量快速增长，充电需求日益旺盛。
5.2 优化配置方案
通过求解优化配置模型，得到不同类型充电桩的数量和布局方案。例如，在商业区配置较多直流快充桩，以满足用户快速充电需求；在住宅小区配置较多交流慢充桩，以适应居民夜间长时间充电习惯。
5.3 效果评估
对比不同优化配置方案的年化社会总成本，包括运营成本、用户等待时间成本等。结果表明，同时考虑多种类型充电桩的优化配置方案能够显著降低年化社会总成本，提高充电站的整体效益。
六、结论与展望
6.1 研究结论
本研究提出的含多类型充电桩的电动汽车充电站优化配置方法，通过综合考虑多个目标和约束条件，实现了充电桩类型、数量和布局的科学配置。案例分析结果表明，该方法能够有效降低运营成本、提高充电服务质量和资源利用效率。
6.2 研究展望
未来研究可进一步考虑电动汽车充电需求的动态变化特性，结合大数据和人工智能技术，实现充电站的实时优化配置。同时，可探索更多类型的充电设施（如无线充电、移动充电车等）在充电站优化配置中的应用。
📚2 运行结果
🎉3 参考文献
部分理论来源于网络，如有侵权请联系删除。
[1]罗李子. 互动环境下分布式电源与电动汽车充电站的优化配置方法研究[D].东南大学,2019.DOI:10.27014/d.cnki.gdnau.2019.000278.
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