基于双层规划的电动汽车充电站选址模型

摘要

在能源短缺，环境污染日益严峻的今天，电动汽车以其清洁、节能、满足可持续发展要求的优势逐渐受到世界各国的重视。然而，电动汽车有限的续航里程及充电设施的缺乏、不合理布局在一定程度上严重阻碍了电动汽车的发展。因此，需采用科学有效的手段对电动汽车充电站进行合理的规划与建设。　　为了在电动汽车推广初期制定科学合理的电动汽车充电设施布局规划，减轻用户里程焦虑程度，提高用户出行舒适性，进而加快电动汽车的推广普及。本文针对电动汽车及其充电站的基本特征，以最小化系统旅行时间和温室气体排放为目标，建立了基于用户均衡的电动汽车充电站双层规划模型，并设计NSGA-II和Frank-Wolfe算法进行求解。最后，通过算例验证所提出模型和算法的实用性和有效性，给出路网内不同电动汽车比例条件下的最优充电站布设方案，并进一步分析燃油汽车和具有不同续航里程电动汽车共存条件下的交通网络运行特征。研究结果表明：充电设施的建设应根据电动汽车在路网中的比例进行科学调整。　　考虑到用户出行对路径选择具有随机性行为，本文建立了基于随机用户均衡的电动汽车充电站选址模型，根据该模型的交通网络均衡条件，提出了相应的均衡条件等价模型，同时证明了模型与均衡条件的等价关系与解的唯一性。数值算例表明：模型在确保电动汽车充电站的布设方案最优的同时，与用户均衡模型相比，电动汽车用户的路径选择行为和充电需求也更加贴近实际情况。　　在基于随机用户均衡的电动汽车充电站选址研究的基础上，分别构建燃油汽车和电动汽车出行的一般化费用函数，以最小化充电站投资成本和用户出行时间成本为目标，建立了多用户多等级电动汽车充电站选址模型，该模型在确定充电站布设位置的同时还能确定各充电站内需建设的充电桩数量以及每个充电站相应的规模等级，在满足目标函数的条件下保证电动汽车充电站的高效利用。最后设计相关求解算法进行仿真验证，证明了模型和算法的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 充电站选址研究现状

1.2.2 网络均衡选址研究现状

1.2.3 多目标选址研究现状

1.3 研究内容与研究方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 技术路线

1.4 本章小结

2 相关理论基础

2.1 电动汽车及充电站相关概念

2.1.1 电动汽车种类

2.1.2 充电站类型

2.1.3 充电站的选址原则

2.2 双层规划模型

2.2.1 双层规划模型的定义

2.2.2 双层规划模型的特点

2.3 本章小结

3 基于用户均衡的电动汽车充电站选址模型

3.1 用户均衡理论

3.2 模型假设及符号说明

3.2.1 模型假设条件

3.2.2 符号说明

3.3 目标函数

3.3.1 目标函数之系统旅行时间最小

3.3.2 目标函数之系统温室气体排放最小

3.4 电动汽车充电站选址双层模型的构建

3.4.1 上层模型的构建

3.4.2 下层模型的构建

3.5 模型求解

3.5.2 模型求解算法思路

3.5.3 模型求解算法流程设计

3.5.4 上层模型求解算法

3.5.5 下层模型求解算法

3.6 算例分析

3.6.1 算例基本信息

3.6.2 结果分析

3.7 本章小结

4基于随机用户均衡的电动汽车充电站选址模型

4.1 随机用户均衡理论

4.2 符号说明

4.3 模型的构建

4.3.1 上层模型的构建

4.3.2 下层模型的构建

4.4 模型求解算法

4.4.1 模型求解算法流程设计

4.4.2 求解算法

4.5 算例分析

4.5.1 算例的基本信息

4.5.2 结果分析

4.6 本章小结

5 多用户多等级电动汽车充电站选址定容模型

5.1 符号说明

5.2 一般化费用函数

5.2.1 子路径概念

5.2.2 电动汽车

5.2.3 燃油汽车

5.3 目标函数

5.3.1. 目标函数之投资成本最小

5.3.2 目标函数之用户出行时间成本最小

5.4 电动汽车充电站选址双层模型的构建

5.4.1 上层模型的构建

5.4.2 下层模型的构建

5.5 模型求解算法

5.6 算例分析

5.6.1 算例的基本信息

5.6.2 计算结果分析

5.7 本章小结

6 实例分析

6.1 数据准备

6.2 结果分析

6.3 本章小结

总结与展望

研究总结

研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文