缓解充电焦虑症！电动出租车专用快充站的联合投资优化方法
城市中出租车专用快充设施的优化经济布局是城市大规模普及电动出租车面临的关键问题。城市高密度区域通常建设出租车专用集中式快充站条件十分有限，利用已有出租车扬招站建设分散式快充站已成为减轻电能补给过程对出租车商业运营影响的一种现实可行的经济投资方案。
华北电力大学电气与电子工程学院、国网福建省电力有限公司经济技术研究院的研究人员程瑜、何知遥、胡紫豪、张成炜，在2019年《电工技术学报》增刊2上撰文，提出一种电动出租车专用快充设施投资优化模型，提高电网及充电设施利用率，减轻充电对出租车运营影响。
随着太原、深圳等城市推广电动出租车示范效应的扩大化，新增出租车采用电动出租车已在多个城市落地实施。纯电动出租车较之于传统燃油出租车，其能量补给时间长，里程焦虑凸显。在城市电动出租车保有量达到较大规模时，有必要建立出租车专用快充网络以形成健康的电动出租车运营保障体系。
在利用已有的社会公共充电资源的基础上，如何优化规划电动出租车专用快充网络，在保证容量充裕度和分布均衡度的同时避免不合理投资，已成为研究热点。
面向社会车辆的城市公共充电设施规划研究已有一定积累。针对充电站选址问题，主要依据交通流量捕获、交通出行链或出行矩阵模拟充电需求分布，再结合城市公共基础设施区位信息，计及满足充电服务半径标准优化选址；针对定容问题，主要计及充电站服务范围内充电需求的满足度，同时考虑快慢充电桩数的配比。
不同于其他社会车辆，出租车提供的是一种基于位置的便捷交通商业服务，具有配置专用快充设施的现实需求。较多文献结合出租车商业运营特点对其充电需求的时空分布特征进行了分析。如何减轻电能补给过程对出租车商业运营时间的影响是电动出租车专用快充设施优化投资关注的焦点问题。
优化配置充电桩规模可减少出租车在站内排队等待时间，有学者根据电动出租车充电需求的分布，对排队论适用模型进行探究，据此考虑出租车站内排队时间优化充电桩配置，有学者量化对比多留等待车位和多建桩的差异。
针对出租车专用充电设施规划，有学者计及出租车司机付出的电能补给时间成本、充电网络投资运维成本以及网损成本构造出租车快充站选址定容优化规划目标函数。有学者以快充站覆盖区域内路网的行程时间可靠性最大为规划目标之一；有学者联合充电途中行驶时间、排队等待时间以及充电后到达寻客地点的时间构造效用函数仿真出租车快充站选择。
依托智能电网和交通网平台可增强对电动出租车快充站选择的引导服务，减少充电设施闲置成本以及出租车运营者的耗时、耗能成本。有学者基于车辆和充电信息构建充电引导系统，有学者通过实时电价优化调度充电需求。
目前，计及电动出租车充电需求引导影响的充电设施规划模型和方法尚不成熟。利用可停车候客出租车扬招站配备充电桩，建成出租车专用小容量分散式快充站；同时利用充电站选择引导服务及时疏导分散式快充站无法满足的充电需求转移到邻近大容量集中式快充站，可提高快充设施投资的经济性和服务便捷性。
华北电力大学电气与电子工程学院、国网福建省电力有限公司经济技术研究院的研究人员，从电动出租车专用分散式快充站与集中式快充站间充电需求转移入手，应用带容量限制的排队等待模型预估充电需求高密度区内分散式快充站的服务能力、排队等待时间，考虑充电设施投资成本、充电站到电网接入成本以及出租车充电途中附加支出的耗能、耗时成本最低为目标，建立电动出租车分散式和集中式快充站联合投资优化规划模型。
图1 出租车快充站联合规划建模流程示意图
图2 出租车专用快充网络初始站址筛选热力度分析体系
研究人员以某城市电动出租车保有量达到1000辆为规划场景，算例分析表明，采用Voronoi图和带容量限制的排队论，量化仿真分散式快充站和集中式快充站间的充电需求转移，将其纳入集中式快充站定容决策中，能够权衡出租车快充设施投资成本对出租车电能补给耗时、耗能成本的影响。
图3 模型求解流程
图4 备选站址分布热力图
算例中，联合优化规划方案相比于分立规划方案，通过增加集中式快充站的充电桩配置规模9%，集中式站点的高峰时刻超长延迟充电服务率由19.2%下降至11.4%，明显降低了出租车电能补给途中的耗时、耗能成本。
本文模型通过优化决策两类快充站的配比和快充桩容量配置，以更经济的方式削减出租车充电途中额外付出的耗时、耗能成本，为建设高效、低成本的电动出租车专用快充网络提供了可行的思路。