学术︱电动出租车充电桩优化配置
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北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心、普天新能源有限责任公司的研究人员张帝、姜久春等，在2015年第18期《电工技术学报》上撰文指出，电池和充电技术的发展促进了电动汽车的规模化应用，纯电动出租车成为示范运营阶段的主力，充电桩作为基础设施最关键的部分，配置数量会直接影响充电站的运行和建设成本。
基于深圳电动出租车的实际运营数据，对电动出租车的行为特性进行分析，划分了两个不同的时段，利用排队论原理分别建立了两种电动出租车充电站服务系统的数学模型。以整个电动出租车充电站服务系统的总费用最低为目标函数，建立了电动出租车充电桩的优化配置模型。
深圳市南山地税充电站的实际算例仿真结果验证了模型的有效性，给出的充电桩的最优配置数量比当前更优，通过充电桩的优化配置，在尽量不影响电动出租车充电的情况下，可降低充电站服务系统的成本，从而实现双赢。
电动汽车能够满足“零排放”、低噪声等要求，成为国家七大新兴战略产业之一，具有良好的发展前景[1,2]。电动汽车大规模的接入会对电网造成一定的影响[3,4]，为利用或尽量减小影响，国内外学者做了很多研究工作：分析大规模电动汽车的充电功率需求及影响因素[5,6]；对充电站的电路拓扑进行仿真[7,8]，研究对电网质量的影响及控制方式；提出电动汽车的有序充电控制方法[9]和充电站的经济运行策略[10-13]，经济地参与电网互动；合理规划电动汽车充电基础设施[14-16]，确定充电站的容量和选址[17-19]。
受限于目前电动汽车没有大规模运营的现状，大部分研究工作设定了较多的假设，其有效性有待进一步验证。T. Winkler介绍了德国马格德堡的两座用来研究和教学用的充电站，并测试和分析了不同的运营模式[20]。
目前国内主要有纯电动公交车和纯电动出租车进行示范运营。充电基础设施是促进电动汽车产业发展的关键，纯电动公交车主要采用电池更换[12,13,21-23]的方式，纯电动出租车主要采用整车快速充电的方式，也有学者对电动出租汽车快速更换电池运营模式进行了研究[24]。
随着电池和充电技术的提升，电动汽车的行驶里程和充电速度得到了明显改善，整车充电将会显现出更大的优势[15,16]。充电桩数量的多少是整车充电站最核心的配置参数，影响充电站的服务质量和建设成本，如何合理配置充电桩的数量尤为重要。
本文以深圳电动出租车为研究对象，通过对大量实际运营数据的分析，总结深圳出租车运行特点和规律，并划分了两个不同的时段，利用排队论原理分别建立了两种电动出租车充电站服务系统的数学模型，对充电站内充电桩的配置进行研究，并综合考虑充电站的投资成本和出租车司机的利益，提出了充电桩的最优配置方法，旨在为出租车充电桩的优化配置方案提供参考。
图1 电动出租车充电站典型日充电负荷曲线
结论
基于深圳电动出租车充电站的实际运营数据，对电动出租车的运行特性进行了分析，并根据其特点在不同的时段建立了充电站的两种排队模型，分别适用于不同的场景。
等待制排队模型要求车辆在充电站必须等待直到充电完成才能离开，适用于某片区域中只有一个充电站或者各充电站严格独立的情况。
混合制排队模型下，当充电站系统中电动出租车的数量超过一定值时，接下来驶进的电动出租车就会离开，寻找其他地方充电，车辆在充电站必须等待直到充电完成才能离开，适用于某片区域中有多个充电站的情况。
利用实际数据对文中的混合制排队模型进行了实例仿真，得出不同时段充电站在混合制排队模型下的运行指标，并以整个电动出租车充电站服务系统的总费用最低为目标函数，给出电动出租车充电桩的最优配置数量，仿真结果验证了模型的准确性和有效性。
根据不同场景，在获得车辆到达间隔和充电时长规律的条件下，可以利用文中建立的模型求出充电桩数量合理的范围，进一步可以得出充电桩最优的配置数量，从而为电动出租车充电站的设计和规划提供参考。
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