考虑随机用户均衡的区县级电动汽车快充站规划

陈卓旭; 宛玉健; 胡泽春; 李俊松

doi:10.7500/AEPS20230731007

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考虑随机用户均衡的区县级电动汽车快充站规划

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑随机用户均衡的区县级电动汽车快充站规划
- Planning of Electric Vehicle Fast Charging Station at District and County Levels Considering Stochastic User Equilibrium
- 电力系统自动化 2024年48卷第15期页码：25-34
- 作者机构：
  
  1.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
  2.广东电网有限责任公司汕头供电局，广东省汕头市 515041
- 作者简介：
  
  陈卓旭(2000—)，男，博士研究生，主要研究方向：电动汽车充电设施规划、配电系统规划。E-mail：chenzx22@mails.tsinghua.edu.cn
  宛玉健(1978—)，男，高级工程师，主要研究方向：电力安全生产。E-mail：5377151@qq.com
  胡泽春(1979—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：电动汽车与电网互动、储能系统应用、电力系统规划与运行优化。E-mail：zechhu@tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  中国基金项目:南方电网有限责任公司科技项目（030500KK52220004(GDKJXM20220146)
- DOI：10.7500/AEPS20230731007
  中图分类号：
- 收稿：2023-07-31，
  
  修回：2023-11-15，
  
  网络出版：2024-03-06，
  
  纸质出版：2024-08-10
- 稿件说明：
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陈卓旭,宛玉健,胡泽春等.考虑随机用户均衡的区县级电动汽车快充站规划[J].电力系统自动化,2024,48(15):25-34.

CHEN Zhuoxu,WAN Yujian,HU Zechun,et al.Planning of Electric Vehicle Fast Charging Station at District and County Levels Considering Stochastic User Equilibrium[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(15):25-34.
陈卓旭,宛玉健,胡泽春等.考虑随机用户均衡的区县级电动汽车快充站规划[J].电力系统自动化,2024,48(15):25-34. DOI： 10.7500/AEPS20230731007.

CHEN Zhuoxu,WAN Yujian,HU Zechun,et al.Planning of Electric Vehicle Fast Charging Station at District and County Levels Considering Stochastic User Equilibrium[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(15):25-34. DOI： 10.7500/AEPS20230731007.

摘要

电动汽车渗透率的提高和城市化进程的发展使得区县级充电设施的建设具有重要意义。综合考虑用户充电需求时空分布和用户充电决策中的有限理性，提出一种面向区县的电动汽车快充站优化规划模型。首先，针对区县用户的出行特征，构建包含外部连接的交通网络拓扑扩展形式，采用出行链仿真捕捉用户快充需求；其次，结合影响用户充电选择的多种因素，建立用户充电决策模型并给出随机用户均衡条件；然后，建立以投资运行成本、用户绕行距离最小为目标的多场景快充站选址定容优化模型，通过多种线性化手段处理指数等式均衡约束，将优化问题转换为混合整数线性规划以高效求解；最后，以33节点交通系统为例对快充站规划结果进行分析，验证所提模型和线性近似方法的合理性。

Abstract

The increasing penetration rate of electric vehicles and the development of urbanization make the construction of charging facilities at the district and county levels very significant. Considering the spatiotemporal distribution of charging demands and the bounded rationality of users' charging decision

an optimal planning model of fast electric vehicle charging stations for districts and counties is proposed. Firstly

according to the travel characteristics of district and county users

the expansion form of the traffic network topology including external connections is constructed

and the trip chain simulation is used to capture the fast charging demands. Secondly

combined with the various factors that affect the user charging choice

the charging decision model is established and the stochastic user equilibrium condition is given. Thirdly

an optimal siting and sizing model of multi-scenario fast charging stations is established to minimize the investment and operation cost and the user detour distance. The equilibrium constraints of exponential equations are dealt with by various linearization methods

and the optimization problem is converted into mixed-integer linear programming for efficient solution. Finally

a 33-bus transportation system is taken as a case to analyze the planning results of the fast charging stations

and verify the rationality of the proposed model and linear approximation method.

关键词

Keywords

references

IEA . Global EV outlook 2023 ［EB/OL］. ［ 2023-07-20 ］. https：//www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023 https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023 .

2022年全国电动汽车充换电基础设施运行情况［EB/OL］.［ 2023-07-20 ］. https：//mp.weixin.qq.com/s/i97-491nHcVTn773J9aJGw https://mp.weixin.qq.com/s/i97-491nHcVTn773J9aJGw .

The operation of the national electric vehicle charging and replacement infrastructure in 2022 ［EB/OL］. ［ 2023-07-20 ］. https：//mp.weixin.qq.com/s/i97-491nHcVTn773J9aJGw https://mp.weixin.qq.com/s/i97-491nHcVTn773J9aJGw .

吕红星 . 多方参与、统一规划破解新能源汽车“找桩难” ［N］. 中国经济时报， 2023-06-27 （1）.

LYU Hongxing . Multi-party participation and unified planning crack the difficulty in finding piles of new energy vehicles ［N］. China Economic Times ， 2023-06-27 （1）.

国家发展改革委，国家能源局 . 关于加快推进充电基础设施建设、更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见［EB/OL］.［ 2023-07-20 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202305/t20230517_1355815_ext.html https://www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202305/t20230517_1355815_ext.html .

National Development and Reform Commission ， National Energy Administration . Implementation opinions on accelerating the construction of charging infrastructure to better support new energy vehicles to the countryside and rural revitalization ［EB/OL］. ［ 2023-07-20 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202305/t20230517_1355815_ext.html https://www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202305/t20230517_1355815_ext.html .

胡泽春，邵成成，何方，等 . 电网与交通网耦合的设施规划与运行优化研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 12 ）： 3 - 19 .

HU Zechun ， SHAO Chengcheng ， HE Fang ， et al . Review and prospect of research on facility planning and optimal operation for coupled power and transportation networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 3 - 19 .

WANG N ， WANG C F ， NIU Y F ， et al . A two-stage charging facilities planning method for electric vehicle sharing systems ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2021 ， 57 （ 1 ）： 149 - 157 .

ZHANG H C ， MOURA S J ， HU Z C ， et al . PEV fast-charging station siting and sizing on coupled transportation and power networks ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 2595 - 2605 .

YANG Q A ， SUN S Y ， DENG S G ， et al . Optimal sizing of PEV fast charging stations with Markovian demand characterization ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 4457 - 4466 .

盛裕杰，郭庆来，刘梦洁，等 . 多源数据融合的用户充电行为分析与充电设施规划实践［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 12 ）： 151 - 162 .

SHENG Yujie ， GUO Qinglai ， LIU Mengjie ， et al . User charging behavior analysis and charging facility planning practice based on multi-source data fusion ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 151 - 162 .

MAO D ， TAN J ， WANG J K . Location planning of PEV fast charging station： an integrated approach under traffic and power grid requirements ［J］. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems ， 2021 ， 22 （ 1 ）： 483 - 492 .

MEJIA M A ， MACEDO L H ， MUÑOZ-DELGADO G ， et al . Multistage planning model for active distribution systems and electric vehicle charging stations considering voltage-dependent load behavior ［C］// 2023 IEEE Power & Energy Society General Meeting （PESGM）， July 16-20 ， 2023 ， Orlando， USA .

田梦瑶，汤波，杨秀，等 . 综合考虑充电需求和配电网接纳能力的电动汽车充电站规划［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 2 ）： 498 - 509 .

TIAN Mengyao ， TANG Bo ， YANG Xiu ， et al . Planning of electric vehicle charging stations considering charging demands and acceptance capacity of distribution network ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 498 - 509 .

FERRO G ， MINCIARDI R ， PARODI L ， et al . Optimal planning of charging stations in coupled transportation and power networks based on user equilibrium conditions ［J］. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering ， 2022 ， 19 （ 1 ）： 48 - 59 .

DUAN X Y ， HU Z C ， SONG Y H ， et al . Planning strategy for an electric vehicle fast charging service provider in a competitive environment ［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification ， 2022 ， 8 （ 3 ）： 3056 - 3067 .

WEI W ， WU L ， WANG J H ， et al . Network equilibrium of coupled transportation and power distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 6 ）： 6764 - 6779 .

张林垚，郑洁云，胡志坚，等 . 基于混合用户均衡理论和充放电管理的快/慢充电站规划［J］. 电力建设， 2021 ， 42 （ 8 ）： 99 - 109 .

ZHANG Linyao ， ZHENG Jieyun ， HU Zhijian ， et al . Fast/slow charging station planning based on mixed user equilibrium theory and charging/discharging management ［J］. Electric Power Construction ， 2021 ， 42 （ 8 ）： 99 - 109 .

谢仕炜，胡志坚，王珏莹 . 考虑时-空耦合的城市电力-交通网络动态流量均衡［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 24 ）： 8408 - 8424 .

XIE Shiwei ， HU Zhijian ， WANG Jueying . Dynamic flow equilibrium of urban power and transportation networks considering the coupling in time and space ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 24 ）： 8408 - 8424 .

HE F ， WU D ， YIN Y F ， et al . Optimal deployment of public charging stations for plug-in hybrid electric vehicles ［J］. Transportation Research Part B： Methodological ， 2013 ， 47 ： 87 - 101 .

WANG C Z ， HE F ， LIN X ， et al . Designing locations and capacities for charging stations to support intercity travel of electric vehicles： an expanded network approach ［J］. Transportation Research Part C： Emerging Technologies ， 2019 ， 102 ： 210 - 232 .

XIONG Y H ， AN B ， KRAUS S . Electric vehicle charging strategy study and the application on charging station placement ［J］. Autonomous Agents and Multi-Agent Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 1 - 19 .

FENG J Z ， HU Z C ， DUAN X Y . EV fast charging station planning considering competition based on stochastic dynamic equilibrium ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2023 ， 59 （ 3 ）： 3795 - 3809 .

DONG X H ， MU Y F ， XU X D ， et al . A charging pricing strategy of electric vehicle fast charging stations for the voltage control of electricity distribution networks ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 225 ： 857 - 868 .

BAE S J ， JANG I ， GROS S ， et al . A game approach for charging station placement based on user preferences and crowdedness ［J］. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems ， 2022 ， 23 （ 4 ）： 3654 - 3669 .

杨锦 . 基于数据驱动的电动汽车快充需求预测及充电站规划研究［D］. 北京：北京交通大学， 2021 .

YANG Jin . Research on fast charging demand forecast and charging station planning of electric vehicle based on data driving ［D］. Beijing ： Beijing Jiaotong University ， 2021 .

TRAIN K . Discrete choice methods with simulation ［M］. 2nd ed . Cambridge， UK ： Cambridge University Press ， 2009 .

ANDERSON S P ， DE PALMA A ， THISSE J F . Discrete choice theory of product differentiation ［M］. Cambridge， USA ： MIT Press ， 1992 .

陈慧妙 . 电动汽车充电设施优化规划及其接入配电网的容量评估［D］. 北京：清华大学， 2018 .

CHEN Huimiao . Optimal planning of electric vehicle charging facilities and capacity assessment for connection to distribution networks ［D］. Beijing ： Tsinghua University ， 2018 .

LIU H X ， SZETO W Y ， LONG J C . Bike network design problem with a path-size Logit-based equilibrium constraint： formulation， global optimization， and matheuristic ［J］. Transportation Research Part E： Logistics and Transportation Review ， 2019 ， 127 ： 284 - 307 .

DAHL J ， ANDERSEN E D . A primal-dual interior-point algorithm for nonsymmetric exponential-cone optimization ［J］. Mathematical Programming ， 2022 ， 194 （ 1/2 ）： 341 - 370 .

BAI X Z ， WANG Z D ， ZOU L ， et al . Electric vehicle charging station planning with dynamic prediction of elastic charging demand： a hybrid particle swarm optimization algorithm ［J］. Complex & Intelligent Systems ， 2022 ， 8 （ 2 ）： 1035 - 1046 .

FHWA . 2017 national household travel survey ［EB/OL］. ［ 2023-07-24 ］. https：//nhts.ornl.gov https://nhts.ornl.gov .

FENG J Z ， HU Z C ， DUAN X Y . Multi-agent based stochastic programming for planning of fast charging station integrated with photovoltaic and energy storage system ［C］// 2021 IEEE/IAS Industrial and Commercial Power System Asia （I&CPS Asia）， July 18-21 ， 2021 ， Chengdu， China .

DIAMOND S ， BOYD S . CVXPY： a Python-embedded modeling language for convex optimization ［J］. Journal of Machine Learning Research ， 2016 ， 17 ： 83 .

GUROBI ［EB/OL］. ［ 2023-07-20 ］. https：//www.gurobi.com https://www.gurobi.com .

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