基于电动汽车出行随机模拟的充电桩需求研究
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28-29日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
华北电力大学电气与电力工程学院麻秀范、李颖、王皓等，在2017年《电工技术学报》增刊2上撰文，提出基于电动汽车出行随机模拟的充电桩需求分析方法。
该方法通过对电动汽车在各地点停车时长的相似性分析，将不同地点归类为六类充电功能区域，考虑用户对电池荷电状态变化的接受范围，建立电动汽车出行及充电模型，运用蒙特卡洛随机模拟电动汽车一日出行链和在各目的地的充电需求，模拟中考虑各区域停车数随时间的变化和充电同时性，在模型中输入电动汽车模拟量和各类型电动汽车比例，可得到各区域总的充电桩与停车位的比例（桩位比）和快慢速充电桩的比例。
模拟结果显示，工作区桩位比并不高，全天中三次及以上行程目的地内的桩位比较大；快慢充比例较大的区域一般为停车时长较短而充电需求较大的区域，居住区也有快充需求；当电动汽车数量不变时，随着车辆最大续驶里程的增大，桩位比并无明显变化规律，快慢充比例逐渐减小。
电动汽车产业的发展离不开充电设施的建设，随着电动汽车保有量的增长，充电设施的合理配置将直接影响电动汽车的使用，因此充电设施的布局对电动汽车的推广起着重要作用。
近年来，多数对充电设施的需求分析集中在充换电站定容或选址优化上[1-4]。随着研究的深入，部分研究者转向了对充电桩数量的分析，主要研究角度包括以下三方面：一是运用预测方法，通过分析电动汽车保有量来确定充电桩数量[5,6]。
这种方法可从宏观角度预测某城市电动汽车充电桩数量而无法得到具体某一区域的充电桩数量需求。二是分析电动汽车日耗电量和到家后的电池荷电状态（State of Charge,SOC），从而得到居住区电动汽车充电桩需求[7,8]。这种方法对电动汽车的充电场所和充电时间限制较大，多数结果得到的是居住区的充电桩需求。三是对以居住区为起点的单一行程目的地出行进行分析，得到了各目的地充电桩的配比度[9,10]。这种方法在车辆行程上做出的限制可能使结果与实际情况存在偏差。
出行链思想可以很好地解决上述问题，现阶段已有研究用出行链概念解决电动汽车出行模拟问题，从而实现电动汽车充电负荷计算、集中式充换电站容量确定或站址优化布局[11-17]。而目前还没有基于出行链思想分析各区域中充电桩需求。随着电动汽车保有量的增大，充电桩需求将大幅上升。
本文提出的研究方法使区域内充电桩设置数量更接近实际需求，运用出行链思想模拟电动汽车的实际出行和充电，在得到各区域内充电电动汽车数量和停车数量随时间变化曲线后，进一步计算区域内所需的充电桩占停车位的比例，即桩位比，包括快速充电桩和慢速充电桩；比较车辆在各区域内的充电时长与停车时长来确定快慢速充电桩的比例（快慢充比例）。
本文还解决了在前人研究中对车辆出行目的地的划分较为简单和确定车辆SOC变化范围时较为主观的问题，以停车时长相似性对停车习惯相同的地点进行归类，得到了更为合理的充电区域划分；以用户对SOC变化的承受能力确定车辆SOC变化范围，使用户的充电模拟更为客观。
图1 以任意区域为始末点的出行链
结论
本文通过停车时长相似性分析对不同地点进行归类，得到六类充电区域，考虑用户对SOC变化的接受范围，运用蒙特卡洛随机模拟电动汽车出行和充电行为，模拟期间考虑了停车数随时间的变化和充电同时性问题，得到了各个区域电动汽车充电桩与停车位的比例和快慢速充电桩的比例。考虑到居住区的重要地位，认为居住区的慢速充电桩数量应当与车辆比例为1∶1，且需要为快速充电留出专用位置。模拟结果显示：
1）工作区桩位比并不高，而其他几类区域的桩位比较大。
2）快慢充比例较大的区域为功能区2、购物区和功能区3，居住区也具有一定的快充需求。
3）当电动汽车数量不变时，随着车辆最大续驶里程的增大，充电桩总需求并未有明显变化规律，快慢充比例逐渐减小。值得注意的是，这是在电动汽车数量不变时的结果，当电动汽车的保有量逐步上升，虽然快慢充比例减小，但其数量可能会增大。
本文在进行模拟时考虑了区域内全部充电桩的需求，并没有区分集中式或分散式。因此，模拟结果可为充电站选址定容提供依据，也可为分散式充电桩的建设提供依据。
本文的私家车出行数据来源于NHTS，国内尚缺乏相关数据，因此结果与国内可能存在偏差；在研究中可增加控制策略以研究不同激励下用户行为对桩位比的影响；本文的模型仅针对城市内区域而设，并未考虑城际间高速公路充电设施；另外，城市已有的充电设施建设情况会影响到电动汽车用户的出行习惯。以上内容在今后可进一步深入研究。