區域電動汽車充電站的布局規劃與設計

于順鵬 王偉

【摘 要】隨著國民經濟水平的提升，建設電動汽車充電站成為電動汽車普及的基礎。在完善高效能源供給和拓展電力市場需求的同時推動我國電動汽車行業的發展。本文在基于電動汽車充電站規模及位置的前提下建立最優規劃模型，同時利用層次分析法給出候選站址權系數，模擬電動汽車數量，并加入充電站網損、運行等費用，結果顯示該模型具有一定的可行性和有效性。

【關鍵詞】電動汽車充電站 區域 布局規劃 設計

近年來城市經濟的高速發展不可避免地帶來能源危機，許多國家都將汽車工業作為本國經濟快速發展的關鍵，但傳統汽車工業的發展強烈依賴石油能源，電動汽車以其特有的優勢成為新能源汽車發展的主要方向。

電動汽車充電站作為電動汽車的重要能源供給場所，其布局規劃與設計也就成為了當今必須研究的課題，本文將規劃區分為多個區域，以電動汽車充電站營運的實際收益為目標，在每個區域內給出充電站候選站址的權系數，最終得到規劃方案。

1電動汽車充電站相關概述

充電系統是純電動汽車的重要基礎支撐系統，也是電動汽車商業化、產業化過程中的重要環節。廣義上的電動汽車充電系統泛指將公共電網或發電裝置的電能轉變為蓄電池的電化學能的各種模態的變流裝置的總稱。充電站、車載充電機、地面充電機，電機驅動系統中的能量回收裝置等都應納入電動汽車充電系統的范疇。

電動汽車站充電站是城市基礎服務設施之一，主要為各種電動汽車提供動力電池電能。從車輛充電地點來看可分為私人充電樁、公共停車場充電站和集中充電站等，從電能供給角度可分為直流充電站和交流充電站，從電池能量角度又可分為電池更換站和整車充電站。

2區域電動汽車充電站的布局規劃

2.1 區域電動汽車數量模型

本文研究電動汽車充電站的布局規劃，將規劃區分為多個區域，在每個區域中設置充電站候選站址權系數來滿足電動汽車用戶充電需求和配網負荷要求，從而建立以電動汽車充電站營運的實際收益目標模型，同時計算每個區域的電動汽車規模和最優站址，最終得到規劃區域的電動汽車充電站規劃方案。負荷預測是其中的重要環節。

負荷預測就是對負荷現狀和歷史資料進行整理和收集，運用切合實際的科學方法及發展規律對負荷未來發展趨勢進行預測。從數學角度其預測計算方法有以下幾種映射：

其中F、L和S分為代表地塊特征、土地使用面積、土地負荷。地塊總負荷為St，本文研究確定居民負荷分布數量、位置參考負荷預測模型。假設規劃區域每天有充電需求的電動汽車平均總量為1%，電動汽車總量設為N，布局規劃區域內電動汽車數量方程式為：

將規劃區根據充電站數量分為多個區域，在每個區域中建立充電站，電動汽車數量會受區域居民負荷影響，如果電動汽車充電站建設規模一致，必然會出現供不應求和資源浪費現象。

2.2 確定站址權系數

系統工程理論中的層次分析法是把復雜問題中的各個因素劃分為條理清晰的互相關聯有序層次，使決策多準則和多目標。傳統方法在評斷復雜對象系統涉及多個復雜因素，所以難以給出準確的數學模型及個因素權系數。本文采用層次分析法引入人為因素給出候選站址的權系數。確定站址權系數后對電動車汽車充電站從征地代價、便利性及交通流量等方面的可實施性權重進行充分考慮。其中第1層為u=（u1，u2，u3），即便利性、交通流量和征地代價，第2層為u1=（u11，u12，u13）、U2=（u21、u22、u23）和u3=（u31、u32），即組成的地塊費用、道路狀況、路口數、車輛速度、主要干道、造成影響、面積等因素。

2.3 電動汽車充電站新模型

本文所建立的優化模型充分考慮到充電站安裝和維護費用及從投運至目標年最大化充電站運營收益。C1為電動汽車充電站初期安裝費用，C2為充電站運行時網損費用，C3為維護費用，C4為實際運行收益，具體公式為：

單個充電站整體費用包括人工工資、材料費用和電站維護費用等成本，投運至最初目標設定的運行費用可設置折算系數為α，由以下公式表示：

由以下公式計算充電網損C3：

上述供述分別包括充電站側配點變壓器損耗費用、配電變壓器銅耗，鐵耗費用、單臺充電機的平均功率、變電站到充電站線損費用、區域電動汽車數量及充電率等。

3 區域電動汽車充電站的設計

3.1 建設依據

國家電網公司對推動電動汽車發展有著積極的促進作用。電動汽車能源供給體系對電動汽車產業的重要性不可言喻，當電動汽車動力電池電能消耗到一定程度就必須對電池充電實現電能補充，滿足電動汽車的循環使用。本文設計主要滿足《電動汽車充電設施項目管理規定》、《電動汽車電動汽車充電站設計規范》、《電動汽車電動汽車充電站技術導則》、《國家電網公司電動汽車充電設施設計》等相關現行規程規范。

3.2 建設方案，配電系統

本文外電源供電方案參考《電動汽車充電設施建設技術導則》中的“供電系統”相關規定并結合各地區配電網規劃。10KV架空線路電纜下線1回，為10KV主供電源接入點，線路長約0.05公里，接入新建400kVA桿上變壓器且頂管過丁字路至電室。本設計方案按照國家電網公司對電動汽車充電設施典型方案設計要求，選用單回路10kV電源路線作為高壓側，采用一主一備的雙路進線作為低壓0.4kV，配置單臺配電變壓器和單母線接線方式。同時安裝有源濾波無功補償裝置于電動汽車充電站中，采用以下簡易算法計算充電機容量：

本文研究案例在棚架頂部和建筑物樓頂設置避雷帶，以此防止雷擊。采用圓鋼在屋面組成不大于10m*10m或12m*8m的網絡敷設于棚架頂、屋頂，之后用-50*5扁鋼沿墻面多點引下，電動汽車充電站主接地網以水平接地體為主，以垂直接地體為輔，用50*5熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體，選用滿足熱穩定要求并以考慮腐蝕因素等作為接地材料。

4 結語

綜上所述，近年來汽車的大規模發展產生了大量的有害氣體使環境受到嚴重影響，發展新能源汽車能夠大大緩解能源環境壓力。本文在布局規劃和設計中充分考慮了電動汽車充電站配電網變、地理位置、交通等各方面因素，并結合上述因素建立模型，實際表明該設計模型具備較強的可行性，但需對電動汽車充電負荷變化的影響因素進行進一步研究。

參考文獻：

[1]馮婕.考慮電動汽車充電站布局優化的配電網規劃研究[J].中國電子商情：科技創新， 2014（13）：138-138.

[2]王澤黎，齊燦.電動汽車充電站最優規模和布局[J].電力建設，2014，35（4）：132-136.

[3]馬萬達，鄒新忠，潘鐵 等.電動汽車充電站布局規劃探索[C].2013年中國城市交通規劃年會暨第27次學術研討會.2014.