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基于混沌模拟退火粒子群优化算法的电动汽车充电站选址与定容
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针对城市电动汽车充电站的选址与定容问题,建立了考虑充电站运营商、电动汽车用户以及电网企业综合利益的充电站选址定容规划模型。采用Voronoi图思想和需求点栅格化理论,结合Floyd最短路径算法划分充电站的服务范围。提出采用一种混沌模拟退火粒子群优化算法对问题进行求解,通过引入混沌理论使粒子更高效地遍历搜寻空间,并结合模拟退火算法的概率突跳特性使算法在迭代后期仍具有较高的全局寻优能力。通过算例分析表明,采用所提算法对城市电动汽车充电站选址定容进行优化规划的可行性和有效性。
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第 38 卷 第 9 期
2018 年 9 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.38 No.9
Sept. 2018
❾
基于混沌模拟退火粒子群优化算法的
电动汽车充电站选址与定容
艾 欣,李一铮,王坤宇,胡俊杰
(华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206)
摘要:针对城市电动汽车充电站的选址与定容问题,建立了考虑充电站运营商、电动汽车用户以及电网企业
综合利益的充电站选址定容规划模型。 采用 Voronoi 图思想和需求点栅格化理论,结合 Floyd 最短路径算法
划分充电站的服务范围。 提出采用一种混沌模拟退火粒子群优化算法对问题进行求解,通过引入混沌理论
使粒子更高效地遍历搜寻空间,并结合模拟退火算法的概率突跳特性使算法在迭代后期仍具有较高的全局
寻优能力。 通过算例分析表明,采用所提算法对城市电动汽车充电站选址定容进行优化规划的可行性和有
效性。
关键词:电动汽车;选址定容;充电站规划;混沌理论;模拟退火粒子群优化算法
中图分类号:U 469.72 文献标识码:A DOI:10.16081 / j.issn.1006
-
6047.2018.09.002
收稿日期:2018
-
01
-
24;修回日期:2018
-
07
-
17
基金项目:国家重点研发计划重点专项( 支撑低碳冬奥的智
能电网综合示范工程)(2016YFB0900500) ;北京市自然科学
基金资助项目(3182037)
Project supported by the National Key R&D Program of China
(Support Low⁃carbon Winter Olympics of Integrated Smart Grid
Demonstration Project)(2016YFB0900500) and Beijing Natural
Science Foundation(3182037)
0 引言
近年来,我国电动汽车的保有量迅速攀升,截至
2016 年底,我国电动汽车保有量已经接近 100 万
辆,经测算,到 2020 年全国电动汽车保有量将超过
500 万辆
[1]
。 电动汽车充电基础设施作为电动汽车
发展的重要保障,其发展水平直接影响了电动汽车
行业的发展速度和质量。 目前,全国各地按照“桩站
先行,适度超前” 的原则,逐步推进充电基础设施的
科学发展。 根据需求预测结果,到 2020 年新增集中
式电动汽车充换电站将超过 1.2 万座
[1]
。
电动汽车充电站的选址与定容问题是高维非线
性数学问题,决策的优劣直接影响了其服务质量、效
率、成本等。 现有的国内外学者对城市电动汽车充
电站的选址与定容问题研究仍处在起步阶段,没有
形成系统完整的理论。 文献[2] 以投运至目标年综
合费用最小为规划目标,利用变权 Voronoi 图的方法
划分充电站 的 服务 范 围, 并 采 用混 合 粒 子 群 优 化
(PSO)算法求解,提高了算法迭代中后期的全局搜
索能力。 文献[3] 将量子理论与粒子群优化算法结
合,增强了优化算法的种群多样性以及算法的全局
搜索能力。 文献[4] 结合了城市道路信息和电动汽
车续驶里程,提出了电动汽车充电便捷系数,并利用
Voronoi 图理论和排队论确定充电站的容量。 文献
[5]将配电网约束等引入充电站规划模型中,同时
以截获最大交通流量为目标进行规划,并采用快速
非支配排序遗传算法⁃Ⅱ进行多目标优化规划求解。
文献[6]引入了路网结构、车流信息、配电网络结构
等约束进行优化规划。 文献[7] 综合考虑了城市路
网和配电网的交互性,引入博弈论思想,并对电动汽
车充放电特性对配电网供电可靠性的支撑作用进行
了评估。 文献[8] 利用网格法确定充电站的站址,
分析了充电站的盈利模型,提出了充电站的日负荷
率、投资回收期、充电行驶里程、综合满意度 4 类评
价指标。 文献[9] 将碳排放指标引入充电站选址定
容规划模型中,采用 Pareto 最优前沿分析可选的方
案,提出了基于需求点栅格化的充电站服务范围求
解方法。 文献[10] 对电动汽车出行活动及充电过
程进行预测,提出了基于电动汽车用户出行的规划
模型,兼顾了电动汽车用户的出行需求以及充电站
运营商的利益。
上述的研究均从一定的角度出发,提出了电动
汽车充电站选址定容的模型,并采用了不同算法进
行求解。 本文在上述研究的基础上,提出了一种综
合考虑全社会利益的选址定容规划模型。 为了求解
该模型,克服传统粒子群优化算法的早熟、局部收敛
等缺点,本文将混沌理论与模拟退火算法与粒子群
优化算法相结合,通过混沌理论优化粒子的搜寻空
间,并用模拟退火算法的概率突跳特性改善粒子群
优化算法的早熟问题;采用 Voronoi 图思想及需求点
栅格化理论来确定充电站的服务范围;求解距离时
引入了 Floyd 算法代替传统欧氏距离,使结果更加
接近实际情况,进一步提高了算法的准确程度。
1 充电站选址定容的数学模型
目前主流的电动汽车能源补给方式主要为充电
方式及换电方式 2 种,限于文章篇幅,本文暂未考虑
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