区域电动汽车充电站的布局规划与设计
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【摘 要】随着国民经济水平的提升，建设电动汽车充电站成为电动汽车普及的基础。在完善高效能源供给和拓展电力市场需求的同时推动我国电动汽车行业的发展。本文在基于电动汽车充电站规模及位置的前提下建立最优规划模型，同时利用层次分析法给出候选站址权系数，模拟电动汽车数量，并加入充电站网损、运行等费用，结果显示该模型具有一定的可行性和有效性。
【关键词】电动汽车充电站 区域 布局规划 设计
近年来城市经济的高速发展不可避免地带来能源危机，许多国家都将汽车工业作为本国经济快速发展的关键，但传统汽车工业的发展强烈依赖石油能源，电动汽车以其特有的优势成为新能源汽车发展的主要方向。
电动汽车充电站作为电动汽车的重要能源供给场所，其布局规划与设计也就成为了当今必须研究的课题，本文将规划区分为多个区域，以电动汽车充电站营运的实际收益为目标，在每个区域内给出充电站候选站址的权系数，最终得到规划方案。
1电动汽车充电站相关概述
充电系统是纯电动汽车的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。广义上的电动汽车充电系统泛指将公共电网或发电装置的电能转变为蓄电池的电化学能的各种模态的变流装置的总称。充电站、车载充电机、地面充电机，电机驱动系统中的能量回收装置等都应纳入电动汽车充电系统的范畴。
电动汽车站充电站是城市基础服务设施之一，主要为各种电动汽车提供动力电池电能。从车辆充电地点来看可分为私人充电桩、公共停车场充电站和集中充电站等，从电能供给角度可分为直流充电站和交流充电站，从电池能量角度又可分为电池更换站和整车充电站。
2区域电动汽车充电站的布局规划
2.1 区域电动汽车数量模型
本文研究电动汽车充电站的布局规划，将规划区分为多个区域，在每个区域中设置充电站候选站址权系数来满足电动汽车用户充电需求和配网负荷要求，从而建立以电动汽车充电站营运的实际收益目标模型，同时计算每个区域的电动汽车规模和最优站址，最终得到规划区域的电动汽车充电站规划方案。负荷预测是其中的重要环节。
负荷预测就是对负荷现状和历史资料进行整理和收集，运用切合实际的科学方法及发展规律对负荷未来发展趋势进行预测。从数学角度其预测计算方法有以下几种映射：
其中F、L和S分为代表地块特征、土地使用面积、土地负荷。地块总负荷为St，本文研究确定居民负荷分布数量、位置参考负荷预测模型。假设规划区域每天有充电需求的电动汽车平均总量为1%，电动汽车总量设为N，布局规划区域内电动汽车数量方程式为：
将规划区根据充电站数量分为多个区域，在每个区域中建立充电站，电动汽车数量会受区域居民负荷影响，如果电动汽车充电站建设规模一致，必然会出现供不应求和资源浪费现象。
2.2 确定站址权系数
系统工程理论中的层次分析法是把复杂问题中的各个因素划分为条理清晰的互相关联有序层次，使决策多准则和多目标。传统方法在评断复杂对象系统涉及多个复杂因素，所以难以给出准确的数学模型及个因素权系数。本文采用层次分析法引入人为因素给出候选站址的权系数。确定站址权系数后对电动车汽车充电站从征地代价、便利性及交通流量等方面的可实施性权重进行充分考虑。其中第1层为u=（u1，u2，u3），即便利性、交通流量和征地代价，第2层为u1=（u11，u12，u13）、U2=（u21、u22、u23）和u3=（u31、u32），即组成的地块费用、道路状况、路口数、车辆速度、主要干道、造成影响、面积等因素。
2.3 电动汽车充电站新模型
本文所建立的优化模型充分考虑到充电站安装和维护费用及从投运至目标年最大化充电站运营收益。C1为电动汽车充电站初期安装费用，C2为充电站运行时网损费用，C3为维护费用，C4为实际运行收益，具体公式为：
单个充电站整体费用包括人工工资、材料费用和电站维护费用等成本，投运至最初目标设定的运行费用可设置折算系数为α，由以下公式表示：
由以下公式计算充电网损C3：
上述供述分别包括充电站侧配点变压器损耗费用、配电变压器铜耗，铁耗费用、单台充电机的平均功率、变电站到充电站线损费用、区域电动汽车数量及充电率等。
3 区域电动汽车充电站的设计
3.1 建设依据
国家电网公司对推动电动汽车发展有着积极的促进作用。电动汽车能源供给体系对电动汽车产业的重要性不可言喻，当电动汽车动力电池电能消耗到一定程度就必须对电池充电实现电能补充，满足电动汽车的循环使用。本文设计主要满足《电动汽车充电设施项目管理规定》、《电动汽车电动汽车充电站设计规范》、《电动汽车电动汽车充电站技术导则》、《国家电网公司电动汽车充电设施设计》等相关现行规程规范。
3.2 建设方案，配电系统
本文外电源供电方案参考《电动汽车充电设施建设技术导则》中的“供电系统”相关规定并结合各地区配电网规划。10KV架空线路电缆下线1回，为10KV主供电源接入点，线路长约0.05公里，接入新建400kVA杆上变压器且顶管过丁字路至电室。本设计方案按照国家电网公司对电动汽车充电设施典型方案设计要求，选用单回路10kV电源路线作为高压侧，采用一主一备的双路进线作为低压0.4kV，配置单台配电变压器和单母线接线方式。同时安装有源滤波无功补偿装置于电动汽车充电站中，采用以下简易算法计算充电机容量：
本文研究案例在棚架顶部和建筑物楼顶设置避雷带，以此防止雷击。采用圆钢在屋面组成不大于10m*10m或12m*8m的网络敷设于棚架顶、屋顶，之后用-50*5扁钢沿墙面多点引下，电动汽车充电站主接地网以水平接地体为主，以垂直接地体为辅，用50*5热镀锌扁钢作为水平接地体，选用满足热稳定要求并以考虑腐蚀因素等作为接地材料。
4 结语
综上所述，近年来汽车的大规模发展产生了大量的有害气体使环境受到严重影响，发展新能源汽车能够大大缓解能源环境压力。本文在布局规划和设计中充分考虑了电动汽车充电站配电网变、地理位置、交通等各方面因素，并结合上述因素建立模型，实际表明该设计模型具备较强的可行性，但需对电动汽车充电负荷变化的影响因素进行进一步研究。
参考文献：
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