摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。：电动汽车具有节能、低碳等明显优势，随着国家新能源发展，电动汽车己成为我国汽车产业的重要发展计划。本文就新能源汽车排队充电策略展开探讨。
关键词：新能源汽车；排队充电；排序策略
引言
随着新能源汽车的发展与逐渐的普及，各个城市都在不断的为新能源汽车的发展提供强有力的支持，大量的充电桩随之建立起来。但是，鉴于城市的结构复杂，还不能有效解决电动汽车的充电问题。由于快速充电技术在短时间内不会有较大的突破，因此短期内充电技术不是影响充电效率的重要因素，因而不能提高充电效率。假设充电功率不变，由于不同种类的电动汽车有着不同容量，因此可以将充电的用户分为三类：大充电需求用户、中充电需求用户和小充电需求用户。这些用户在充电时间上有着较大的差异性，不同的用户所需的充电时间各有不同。这种差异性会给充电站以及用户带来较大的影响。
1电动汽车充电装置的现状
（1）快速城市充设备电桩。城市快速充电桩根据服务对象的多少，可以分为DC快速直流充电设备电桩、DC直流分体充电设备电桩和Double双重交流充电设备电桩，由充电设备电桩控制系统与BMS（电池管理系统）对充电过程进行实时控制，适时根据电池状态和电池信息调整充电电压、电流，直至完成充电。快速充电站可为多台电动汽车同时快速充电，按小型轿车充电电流3C（C为电池容量）计算，理论快充电时间仅需20分钟，按充电电流0.3C计算，充电时间约为3~4小时。快速充电设备电桩应配置完整的供配电结构系统、充电控制系统、组态现实监控系统、计量收费系统，通过聚电桩APP，也可实现查找、预约、充电监控，并支持微信等多种方式的支付，是目前投运较多的充电设施，也是将来的发展方向。（2）交流电匀速充电。交流匀速充电设备———充电桩又叫通用性最高充电桩，落地式占地面积不足0.4平方米，匀速充电桩具有投资小、易安装、免维护等优点，通过聚电桩APP，即可实现查找、预约、充电组态现实监控，并支持微信等多种支付方式，独有聚电充电桩管理平台，所有电桩必须接入互联网，分享充电设备，这样可以大大提高充电设备或电桩使用率，解决充电站车位的空置的现象和占有率低的问题。但由于充电的时间较长，一般为7~12个小时左右。（3）快速城市电池设备更换站。快速城市电池设备更换站（简称换电站）是利用充电站内大容量充电能力，不间断为电池组充电，而对充满电的电池进行库存。当车辆需要充电时，只需进站更换电池组，即可完成充电过程，继续行驶。而换下的电池留在换电充电站内继续充电，这样，可以省去了原本较长的充电等待时间。目前已经在某些公交线路和营运的士上开始投运。快速城市电池设备更换站解决了充电时间和电池寿命之间的矛盾，在提高电池利用率、节约充电时间等方面具有明显优势，同时可以起到电力负荷“削峰填谷”的作用，提高电能资源利用率，有利于国家“现代电网”建设。
2充电站排队论的基本原理
排队论的主要元素包括两个方面:一是需要接受服务的顾客;二是提供服务的服务台数量。在充电站排队系统中，顾客希望排队等待的时间越短越好，这就需要充电站设置较多的充电装置，从而减少排队的等待时间，但是这样会增加充电站的运营成本，对充电站投资者造成很大压力;若充电装置过少，排队等待的时间就会增加，服务质量则会降低。因此，如何权衡两者之间的关系，寻求最佳的充电装置数量就显得尤为重要。充电站排队理论通过对顾客到达时间和服务时间的统计分析，得出等待时间、排队长度、充电装置闲置率等统计量指标，根据得出的指标参数进而改进服务系统的结构，使得服务系统既可以满足顾客的需求，又能够使系统的某些指标得到优化。
3新能源汽车排队充电的数学模型
对于一般性的排队充电排序问题可以描述为：有n个新能源汽车需要在m个充电桩上进行充电。其中，n个新能源汽车的电池容量不同，所需的充电时间也不同，m个充电桩所能提供的充电功率相同，因此每个新能源汽车在m个充电桩上的充电时间一样，但是每个新能源汽车的充电时间又不相同。对于此问题需要设置以下约束条件：每个充电桩同一时刻只能给一个新能源汽车充电；每个新能源汽车同一时刻只能在一个充电桩上进行充电。本文优化的目标为最大充电时间，即对于给定的n个新能源汽车和m个充电桩，如何进行有序引导可以使得它们的总充电时间最短。
4仿真程序设计
假设顾客源是无限的，顾客的到达是相互独立的，顾客按照规定的到达模式到达充电站内，同时按照规定的服务方式产生服务时间。顾客进入充电站后，首先判断是否有空闲的充电装置，若有，则直接接受服务而不需要排队等待，否则，顾客将排队等待服务。仿真的过程以顾客到达为驱动，一个顾客到达站内后，按照仿真流程计算其服务时间及离开时间，前一个事件完成后开始驱动下一个事件进行。在仿真过程中，还要统计各服务台的利用率、队列长度、顾客的等待时间以达到仿真的目的。电动汽车充电站与人们日常生活行为息息相关，其进站分布时间与加油站车辆相似，集中的加油或充电时间将导致拥挤排队现象，削减顾客的使用率，而过多充裕的充电装置则会使得投资成本增加，依据加油站统计资料显示，约4成加油行为发生在16∶00～20∶00。电动汽车到达充电站后寻求空闲的充电装置为其服务，借鉴汽车加油站统计方法及充电行为规律，得出如下参数:假设运营时间为5∶00～23∶00，其日充电次数可达200～300次，各时段到达车辆如表1。建立的模型以加油站16∶00～20∶00的充电行为为例，到达充电站的泊松流参数为24.46，设充电机的充电时间为30min，则μ=2，即每台充电装置平均每小时可为2台电动汽车进行快充服务，顾客的出行价值为20元/h，每台充电机的投资为3万元，电动汽车充电站APF装置依据装置选择表选择容量为120kVA的两台配置，折旧率为0.1，回收年限为20年。基于MATLAB程序的模拟动态仿真流程图如图1。
表1 各时段到达车辆
图1 MATLAB动态仿真流程图
5运用智能算法具体案例
（1）智能算法。粒子群算法（ParticleSwarmOptimization，PSO）是由J.Kennedy和R.C.Eberhart等开发的一种性能优良的进化算法，在很多领域都有很好的应用。PSO一般从一个随机解出发，通过多次迭代寻找最优解或者次优解，搜索过程中主要利用适应度计算来对解进行评价。相比于遗传算法而言，它没有复杂的交叉变异过程，它只通过追随最优值来寻找整个解空间的全局最优解。粒子群算法有着容易实现、精度高以及收敛速度快的特点，因此在解决实际问题中展现出了极大的优势。本文将利用粒子群算法求解新能源汽车的排队充电问题。(2)具体案例。为了便于进行分析，并且保证算法的适用性，本文假设有100辆电池容量不同的新能源汽车需要充电，某一充电桩区域内共有5个充电桩。每辆新能源汽车的充电时间如表2所示。本文利用计算机进行仿真模拟，通过计算可以快速获得新能源汽车的调度方案，对表1中的100辆新能源汽车进行调度，可以获得有序充电排序图如图2所示。
表2 100辆汽车的充电时
图2 100辆新能源汽车的有序充电排序图
结语
充电效率对新能源汽车的发展有着很重要的影响，在关键技术不能及时解决的环境下，对策略的研究便会起到关键的作用。本文首先建立了新能源汽车的充电排序模型，然后利用粒子群算法进行求解，通过模拟现实环境中汽车的充电过程，得到了系能源汽车的有序充电排序方案，结果验证了求解思路的正确性。未来将对复杂环境下的问题进行更加深入的探讨和研究。
参考文献:
[1]田家森,丁超.新时期新能源汽车发展的问题及解决对策[J].西部皮革,2018,40(23):37.
[2]林伯强.新能源汽车如何实现华丽转身[N].中国证券报,2018-12-08(A07).
论文作者:赵纪刚
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：新能源论文; 充电站论文; 汽车论文; 顾客论文; 充电时间论文; 时间论文; 装置论文; 《电力设备》2019年第6期论文;