一种充换电站设施配置及成本优化方法

技术领域

本发明涉及充换电站设施规划领域，具体涉及一种基于排队论的充换电站设施配置及成本优化方法。

背景技术

目前，电动化、网联化、智能化、共享化正在成为汽车产业的发展潮流和趋势，并争取到2030年前后，新能源汽车销量占当年汽车销量的40％以上。针对当前制约新能源汽车尤其是电动汽车发展的续航里程、配套基础设施建设这两大瓶颈，要大力推动充换电网络建设，并提升充电基础设施服务水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何推动充换电网络的建设并提升充电寄出设施服务水平，提供一种充换电站设施配置及成本优化方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种充换电站设施配置及成本优化方法，所述方法包括：

建立电动汽车在所述充换电站中的行为模型，并给出所述行为模型的约束条件；

基于所述行为模型的基础参数，获取所述行为模型的用户到达率，用户离去率，设施服务强度，设施利用率；

对所述设施利用率进行优化，获取所述设施利用率的最优曲线。

进一步地，根据所述电动汽车的数量，所述电动汽车到达所述充换电站的概率，所述电动汽车完成服务后离开的概率建立所述行为模型。

较佳地，基于M/M/N/k/∞/FCFS排队模型建立所述行为模型，其中，参数M，M分别表示所述行为模型中电动汽车用户到达所述充换电站的间隔时间和服务时间服从负指数分布，N表示充换电设施的个数，k表示至多同时容纳潜在用户的个数，∞表示可服务用户数为无限，FCFS表示所述行为模型服从从先到先的服务规则。

进一步地，所述基础参数包括：队列中电动汽车平均数量，用户平均等待时间，用户在站内停留的平均时间，使用中设备的平均数量，站内设施的平均利用率。

进一步地，所述约束条件为符合电网安全性约束条件；使用边际成本理论对所述设施利用率进行优化。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明可有效提升充换电设施的利用效率，通过设置充电设施与换电设施之间的数量比例，使用户满意度上升，同时为相关企业扩产、设施扩容提供依据，推动产业发展。

附图说明

图1为本发明一种充换电站设施配置及成本优化方法一实施例中的方法流程图；

图2为本发明一种充换电站设施配置及成本优化方法一实施例中的充换电行为模型流程图；

图3为本发明一种充换电站设施配置及成本优化方法一实施例中的最优曲线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示为本发明一种充换电设施配置及成本优化方法一实施中的方法流程图：

S01：建立电动汽车在所述充换电站中的行为模型，并给出所述行为模型的约束条件；

在一个示例中，电动汽车的数量n、站内可提供充换电服务的设施数量c、所述电动汽车到达所述充换电站的概率λ以及所述电动汽车完成服务后离开的概率μ，并根据电网安全性等约束建立相应的电动汽车充换电行为模型，所述行为模型的示意图如图2所示:

其目标函数即为：min c

所述行为模型的状态概率平衡方程为：

其中，P

所述行为模型的约束如下：

(1)用户平均等待时间概率约束，其概率需要大于达到平均等待时间所要求的概率：

P{W

上式中W

(2)用户站内停留时间概率约束，其概率需要大于达到平均停留时间所要求的概率：

P{W≤t}＝1-P{W>t}＝1-P>p

其中，W表示当前用户停留时间，t表示平均停留时间，P{W≤t}表示用户平均停留时间概率，p表示大道平均停留时间所要求的概率。

(3)用户服务时间约束，站内停留所需最小时间要大于服务时间：

t>t

其中t表示用户平均停留时间，t

(4)服务强度约束，保证系统不会形成无限队列：

ρ<1

其中ρ为服务强度。

S02：基于所述行为模型的基础参数，获取所述行为模型的用户到达率，用户离去率，设施服务强度，设施利用率；

在一个示例中，所述基础参数包括：队列中电动汽车平均数量、用户平均等待时间、用户在站内停留的平均时间、使用中设备的平均数量、站内设施的平均利用率等。并基于上述基础参数求解所述行为模型中的用户到达率，用户离去率，设施服务强度，设施利用率。

S03：对所述设施利用率进行优化，获取所述设施利用率的最优曲线。

在一个示例中，所述充换电站设施配置及成本优化方法所建立的电动汽车充换电行为模型符合电网安全性约束。所述电动汽车充换电行为模型基于M/M/N/k/∞/FCFS排队模型建立，其意义为模型中电动汽车用户到达充换电站的间隔时间和服务时间服从负指数分布，共有N个充换电设施，至多同时容纳k个潜在用户，可服务用户数无限，服从先到先服务的规则。所述充换电站设施配置及成本优化方法包括基于当前服务强度对用户进行充电或换电方式分配原则。根据边际成本理论，求解出相应状态下的设施利用率最优曲线，如图3所示，图中横坐标表示设施数量，纵坐标表示利用率，曲线簇表示随着服务强度的上升，在不同情况下的利用率与设施数量关系曲线。并通过目标函数计算出相应服务强度下的最优容量c*以及设施的最优利用率u*，最后将点集连线，最终得到最优曲线。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。