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摘要：电动汽车由于自身的节能减排、绿色环保等特点，在世界各国越来越受到关注，而电动汽车的发展受充电桩的布局不合理、数量不足的制约，因此开展电动汽车充电桩规划选址的研究有利于提高电动汽车的普及应用。本文重点探讨了了电动汽车充电桩规划布局需要考虑的因素和规划选址模型。
关键词：电动汽车 充电桩 规划选址
近年来，我国各地都加大了对电动汽车的政策支持力度，未来几年，电动汽车将在我国汽车总体销售量中占有越来越多的比例。随着电动汽车大规模增长，电动汽车最重要的配套措施充电桩的需求越来越大，充电桩的建设成为了限制电动汽车发展的重要因素[1]。目前，我国正经历着充电桩快速建设的局面，充电桩科学合理的布局能够便捷电动汽车的出行[2]，是充电设施优化资源配置的直接体现，充电桩的规划布局也成为了当前研究的热点。
1，电动汽车及充电桩的基本概念
1.1电动汽车的分类
电动汽车指的是行驶的动力来源于车载电源，驱动的方式为电机驱动，并且各方面符合安全法规和道路交通要求的机动车辆。根据车载电源的不同，电动汽车目前可分为三种类型，分别是纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle，FCV）。纯电动汽车（BEV）指的是完全由车载电池作为动力源驱动的汽车，它的技术难点在于电池存储容量，其本身不排放污染气体，其所消耗的电量折算为发电厂的排放依然具有环境经济型，而且发电厂多建于人口不密集的郊区，集中排放环境好，不会对城市产生大规模的污染[3]，随着清洁能源发电的比例逐渐提升，纯电动汽车环境友好性的特点越来越突出。有研究认为，纯电动汽车将是未来汽车发展的最终方案。混合电动汽车（HEV）指的是车上有两种及以上的动力来源，比较常见的是插电式混合动力汽车，该类型汽车含有两种动力来源，一种是储存电能的电池，另外一种是化石燃料。采用了混合动力系统后，车辆的内燃机可以在污染较少、油耗较低的经济工况功率下运行，混合动力汽车的问题在于其无法摆脱对化石燃料的依赖。燃料电池汽车（FCV）指的是动力来源为燃料电池的汽车，其在化学反应过程中无污染，能源转换效率高，是未来很有潜力的车型，但由于燃料电池技术目前还不成熟，燃料电池汽车目前还在发展当中，其离大规模推广应用还存在距离。
1.2充电桩的分类
充电桩指的是给电动汽车充电的设备，充电桩主要由三大部分构成，分别是电气模块、计量模块、桩体，具有通信、控制、电能计量等功能。根据充电桩充电功率的不同，可以将充电桩分为交流充电桩和直流充电桩。交流充电桩通过较小的交流电流进行慢速充电，充电时间通常需要5-10个小时，它的优点在于建设成本低，较小的充电电流可对电池进行深度充电，对电池的损伤小，缺点也显而易见，交流充电桩的功率较小，充电时间过长，对需要快速充电的情景下不能满足需要。直流充电桩通过较大的直流电流进行快速充电，通常在30-60分钟内就能将电池充到80%的电量，它的优点在于充电功率大，充电时间少，缺点在于建设成本高，对动力电池的损伤较大。
2、充电桩规划选址需要考虑的因素
2.1经济因素
考虑充电桩建设时，首要考虑的因素即为充电桩建设的经济性，主要涉及充电桩建设投资及充电桩运维的成本。充电桩建设投资主要包含设计成本、配电设备成本、土建及电气安装成本、土地租金四个因素。充电桩运维的成本主要包含员工人力成本和设备维护成本。
2.2用户的便利性
充电桩作为公共基础设施应该尽量建设在主次干路的周边等出车便利的地方，充电桩的出入口应尽可能的与主次干路相通。如果充电桩建设在交通便利的地方，则充电桩能覆盖的车辆较多，反之在交通情况不佳的地段，充电桩能覆盖的车辆较少。其次，用户到达充电桩所消耗的时间也应包含在需考虑的因素里[4]。
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2.3配电系统的影响
充电桩作为用电设备直接与配电网相连接，考虑充电桩建设的时候必须将配电电网的容量裕度、电能质量要求、电压上下限范围纳入考虑因素，以此保证配电电网的运行安全性。除用电量的增加，充电桩还会对配电电网的稳定性产生影响，特别是电动汽车进行直流快速充电时会产生电网谐波，而谐波是影响电网稳定性的重要因素之一。
2.4分布式能源、储能的影响
随着分布式能源、储能系统、电动车负荷大量接入电网，原有的电力负荷结构和特点也发生了较大的变化[5]，已有学者对分布式能源、储能系统，充电设施的协同规划进行了研究。
3充电桩规划选址模型
3.1 P-中值选址模型
P-中值选址模型考虑的是在给定的P个服务设施的情况下，如何合理的优化分配这P个服务设施以使需求点到服务设施的距离与需求量的加权乘积之和最小，也就是最小化加权距离问题[6]。
3.2 P-中心选址模型
P-中心选址模型考虑的是如何在网络设施节点中选出P个服务设施地址，以使任意一个需求点到距离它最近的服务设施的最大距离最小。P的数量没有限制，该问题研究的是一旦在需求点中产生需求，选定的服务设施能够以最短的距离满足需求点的需求。
3.3传统覆盖模型
覆盖模型可以分成两种类型，一种是集覆盖模型，另一种是最大覆盖模型。集覆盖模型关注的问题是建设成本，在满足用户需求情况下，以使服务设施的建设数量和服务设施投资成本最小化。最大覆盖模型指的是在服务设施建设数量一定的情况下尽可能的覆盖规划区域中的需求点
3.4 基于流量需求模型
以上所述的3钟模型都是经典的点需求选址模型，所考虑的是节点上的需求，为了使需求最快得到满足，需要从需求点出发到最近的服务设施。但在实际生活中，有些需求产生在路径上，比如人们驾车出去游玩会在路上顺便找一下加油站，而不是一出家门就找加油站。研究人员提出了基于道路流量需求的充电设施截流覆盖选址模型，即在交通流量和路网确定的条件下，建设给定数量的充电设施以使得截获的交通流量最大。
4结论
随着电动汽车的逐步普及，充电桩建设的需求也越来越大。本文对电动汽车、充电桩进行了阐述，重点探讨了充电桩规划布局需要考虑的因素和充电桩规划选址的经典模型，希望对相关人员进行充电桩规划布局有所帮助，并对城市规划有一定的指导意义。
参考文献：
[1]方学良,程航,单金良,单杰,姜欣悦.城市内电动汽车充电桩的选址研究[J].内燃机与配件,2019(02):169-171.
[2]王振超.城市内电动汽车充电桩的选址研究[J].科技经济导刊,2019,27(20):219.
[3]朱志红. 电动汽车充电站选址问题研究[D].北京交通大学,2018.
[4]李鹏程,杨婧,张俊玮,丛中笑,张秋雁.电动汽车充电桩优化选址模型设计[J].电工技术,2018(21):47-50.
[5]郭磊,王克文,文福拴,侯健生,邱璐,黄俊威.电动汽车充电设施规划研究综述与展望[J].电力科学与技术学报,2019,34(03):56-70.
[6]吴恋. 基于广义最大覆盖的电动汽车充电站选址研究[D].华中科技大学,2016.
论文作者:王豪,吴大伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
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