发布时间:2021-03-27所属分类:管理论文浏览:1456次
摘 要: 摘要:为分析充电排队时间对电动汽车用户路径选择以及路网均衡的影响,分别考虑充电排队时间与充电站充电流量、充电时间与充电量的关系,构建了相应的混合交通路网模型。证明了解的唯一性,并推导了混合交通网络模型对应的KKT条件,证明其与Wardrop第一原理
摘要:为分析充电排队时间对电动汽车用户路径选择以及路网均衡的影响,分别考虑充电排队时间与充电站充电流量、充电时间与充电量的关系,构建了相应的混合交通路网模型。证明了解的唯一性,并推导了混合交通网络模型对应的KKT条件,证明其与Wardrop第一原理等价。基于梯度投影法设计了求解算法,构建了一个算例验证了模型及算法的有效性。研究结果表明:固定排队时间下的最优解对应的充电站充电流量分布不唯一,非固定排队时间下的最优解对应的充电站充电流量分布唯一。在非固定排队时间下,电动汽车用户为了规避过长的充电排队时间,充电站充电流量分布会更加均衡;服务能力对充电站利用率的均衡性有显著影响;路网的总充电排队时间以及总出行时间随充电站服务能力的增大而逐渐减小。
关键词:交通运输规划与管理;混合交通路网均衡;电动汽车;梯度投影法;充电排队时间;服务能力
0引言
电动汽车相较于传统燃油汽车具有节能环保的优势,近十多年来,我国颁布了一系列产业政策来促进电动汽车的发展。当前,电动汽车的发展面临续航里程短以及充电基础设施不完善这两个主要问题,导致了电动汽车用户普遍存在里程焦虑心理。里程焦虑心理促使电动汽车用户在选择出行路径时需充分考虑路径行驶里程、充电站布局与配置等因素,与燃油汽车用户的路径选择行为有较大差异。此外,电动汽车用户的路径选择行为,也会对交通路网产生影响。
目前,考虑电动汽车的交通分配模型已经取得了许多研究成果。Jiang等[1-2]最早提出了考虑电动汽车的路网模型,在模型中加入了电动汽车续航里程的约束,然后提出Frank-Wolfe算法进行求解。Jing等[3]提出了SUE下的混合交通路网模型,并考虑了MNL(MultiNomialLogit)和MNP(MultiNomialProbit)两种加载方式。Wang等[4]认为里程焦虑对出行行为的作用更可能发生在出行链层面(TripChainLevel),而不是出行层面(TripLevel),并将出行链作为用户出行决策的基本单元,研究了链式出行行为以及续航里程限制对交通网络流量分布的影响。Xie等[5]在Wang的基础上,进一步考虑了里程约束分别服从离散型和连续型分布的情况,分别构建了凸优化模型和变分不等式模型来描述网络均衡条件,并采用梯度投影法进行求解。但上述研究均未考虑途中充电。
相关知识推荐:论文发表费用多少跟什么有关系
He等[6]和杨扬等[7]在电动汽车的路网模型中加入了途中充电的情况,并研究了充电行为对路网均衡的影响。但他们假定所有充电站均能保证一定的服务水平,即电动汽车在各充电站的充电排队时间为相同的固定值(5min)。在上述假设下,电动汽车用户对充电地点的选择仅与充电站的位置和配置(快充或慢充)有关,而不受充电排队时间的影响。但邵赛等[8]指出,当电动汽车用户选择充电站时,充电站容量比偏离距离更有吸引力。当充电站容量不足以满足需求时,产生的排队问题直接影响服务质量。杨恬恬[9]同样提到,排队时间对于电动汽车用户选择充电地点至关重要,尤其是中短途出行,且排队时间与充电站内的电动汽车数量有关。Xu等[10]和Liu等[11]考虑了换电站(BatterySwappingStation)内总逗留时间与换电站内电动汽车流量的关系,并假设排队系统服从M/M/1排队模型。其中,接受换电服务的时间仅与站内流量有关,与换电前后的电量变化无关。但现实当中,充换电设施仍以充电站为主,而充电时间则与充电前后的电量变化有关。
因此,本文分别构建充电排队时间与充电时间模型,并将其考虑到路径选择和路网模型中。其中,充电排队时间与充电站内的充电流量有关,充电时间与充电量有关。在此基础上,研究充电排队时间对混合交通路网均衡的影响。
2可行路径定义
可行路径定义为:OD对w间之间能够使第k类出行者在给定初始电量下,从起点行驶至迄点,且剩余电量始终保持在舒适里程之上的路径p,即为可行路径。其中初始电量、舒适里程(里程焦虑指标)如下所示:
(1)初始电量
Jiang等[1-2]假设电动汽车出发前为满电状态,且续航里程可以满足常规的通勤出行,无需考虑途中充电。Wang等[4]和Xie等[5]考虑了初始电量是固定值、离散型分布、连续型分布的情形,但没有考虑途中充电。本文与He等[6]相同,取初始电量为小于电动汽车电池容量的值,如电池容量的20%或者30%,且考虑途中充电。
(2)舒适里程
电动汽车用户普遍存在里程焦虑心理。Franke等[12]认为受到里程焦虑的影响,电动汽车用户在出行途中,会选择使剩余电量始终维持在某一个值之上,并称之为舒适里程。舒适里程的大小体现了用户里程焦虑的程度,亦反应了用户的风险偏好。本文也使用舒适里程来量化里程焦虑,单位为kWh。本文将燃油汽车视为电动汽车的一种,它的舒适里程为负无穷,这样保证了OD对间所有路径对燃油汽车而言均为可行路径,且无需充电。根据舒适里程的不同,将路网中所有出行者分为K类,包括(K−1)类电动汽车出行者和一类燃油汽车出行者。
5案例分析
5.1算例介绍
算例使用Nguyen-Dupuis(N-D)仿真路网,如图1所示,该路网有19条边和13个节点,4个OD对。节点6、7、10、11为充电站,且均为快充站,充电速率r为0.67min/kWh。图1中,路段旁括号内的数字分别表示路段的自由流行驶时间(单位为min)、通行能力(单位为pcu)。路段长度与路段自由流行驶时间数值相同,单位为km。路段的电量消耗率v为0.3kWh/km。OD对(1,3)、(2,3)、(4,2)及(4,3)的出行需求分别为400、800、600和200pcu。有三种类别的出行者,分别为燃油汽车出行者以及两类电动汽车出行者,两类电动汽车出行者使用的均为NissanLeaf2013款车型,电池容量为24kWh,初始电量均为9kWh,他们的区别在于舒适里程不同,分别为0kWh和3kWh。三类出行者在各OD对间的出行需求占比均为80%、10%、10%。
5.2非固定充电排队时间对混合交通路网均衡的影响
首先分析固定充电排队时间的局限性,然后分析非固定充电排队时间对混合交通路网均衡的影响。假设各充电站的充电排队时间固定,均为5min,并对相应的路网模型进行求解。在研究过程中发现,模型最优解对应的充电站充电流量分布不唯一,图2给出了模型最优解对应的其中两种不同的充电站充电流量分布。从结果角度进行分析,以OD对1-3间的两类电动汽车出行者为例,当达到路网均衡时,他们的最优路径均为1-5-6-7-11-3,节点6、7均在他们剩余里程的可达范围内,情况1对应选择的充电站为节点6,情况2对应选择的充电站为节点7。前文提到,本文中的充电站均为同质的快充站,充电速率均为0.67min/kWh,当其选择路径1-5-6-7-11-3时,无论是在节点6或者7进行充电,在该路径上的路径行驶时间、充电排队时间、充电时间均相同,两种选择等价。OD对1-3间的两类电动汽车出行者产生的充电需求在充电站6、7之间的互相转移,不会对路段流量分布产生影响。此外,由于各充电站的充电排队时间固定,其充电需求转移也不会对其余电动汽车用户的充电行为产生影响。因此,路网始终处于均衡状态,模型最优解对应的充电站充电流量分布有无限种可能。
5.3服务能力的灵敏度分析
从公式(6)中可以看出,充电站的充电排队时间受到服务能力的影响,而服务能力与充电站的容量配置有关。服务能力的变化,会影响到充电站的充电排队时间,进而影响到充电站充电流量分布,以及路网的出行成本。本文对服务能力的灵敏度进行分析。(1)充电站充电流量分布的均衡性本文保持充电站位置不变,且节点6、10、11的服务能力不变,通过改变节点7的服务能力,分析其对充电站利用率的均衡性的影响。本文使用杨扬[7]定义的指标,如式(31),其中,Su()表示充电站的充电流量分布的标准差,Eu()表示充电站的充电流量分布的平均值。显然,指标B越大,各充电站所服务的充电流量的差异越大。
6结论
(1)本文考虑了路径行驶时间、充电排队时间、充电时间等出行成本,构建了电动汽车与燃油汽车混行下的交通路网模型,研究了模型的性质,提出了相应的求解算法,并通过算例验证了模型和算法的有效性。
(2)研究表明,固定排队时间的假设存在局限性,非固定排队时间更贴近实际情况。此外,充电站服务能力对充电站利用率的均衡性、路网出行成本均有显著影响,这为合理的充电站容量配置提供了参考。
(3)本文考虑了充电排队时间与充电站充电流量的关系,未来需要通过实际数据对充电排队时间模型进行参数标定,验证模型的合理性。此外,基于本文所提出的模型以及算法,进一步开展优化充电站容量配置的研究也是后续的研究方向之一。——论文作者:李浩1,2,陈浩1,2
濠电姷鏁告慨鐑藉极閸涘﹥鍙忓ù鍏兼綑閸ㄥ倿鏌i悢宄扮盎闁兼澘娼″鍫曞醇濞戞ê顬夊┑鐐叉噽婵灚绌辨繝鍥ч柛灞剧煯婢规洟姊洪崨濠庢疁濞存粌鐖煎濠氬Ω閳哄倸浜為梺绋挎湰缁嬫垿顢旈敓锟�:闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹妞嬪海鐭嗗〒姘e亾鐎规洦鍨堕獮鎰償閵忥紕褰块梺鐟板悑閻n亪宕瑰ú顏勭煑闊洦绋掗悡鐔兼煏韫囧﹥鍤夌憸鐗堝笒缁€鍕煟濡偐甯涢柣鎾存礋閺岀喐瀵肩€涙ɑ閿梺鍝勵儑閸犳牠寮诲☉姘e亾閿濆骸浜炲褜鍓熼弻鏇㈠炊瑜嶉顓犫偓娈垮櫘閸o絽鐣烽崼鏇椻偓鏍敊閼恒儱纾冲┑顔硷工椤嘲鐣烽悢纰辨晝闁靛洦濡搁崶銊у幐闁诲繒鍋犻褔鍩€椤掍胶澧辩紓鍌涙崌閹崇偤濡烽妷褏鐛┑鐘灱濞夋盯寮甸鍕柧濠靛倸鎲¢埛鎺懨归敐鍫燁仩閻㈩垱鐩弻鐔哄枈閸楃偘绨藉┑鈥冲级閸旀瑥顕i幘顔藉亹闁归鐒︾紞妤呮⒒娴e憡鎯堥柛鐕佸亰閹囧幢濞嗘垳绗夐梺鎸庣箓濡稓绮绘ィ鍐╃厱闁斥晛鍠氬▓娆撴倵濮橆厽绶查棁澶嬬節婵犲倸顏╅柛鏂诲€濆Λ浣瑰緞閹邦厾鍙嗗┑鐘绘涧濡瑩骞栭幇鐗堢厱闁哄倹顑欓崕鎰庨崶褝韬い銏$☉椤繈骞戦幇顒佸創闂傚倷绀侀幖顐︽儗婢跺本宕叉繝闈涙閺嗭附銇勮箛鎾村櫤濠殿垱鎸抽弻娑樷槈濮楀牆濮涙繛瀛樼矋閻楃姴顫忕紒妯肩懝闁逞屽墴閸┾偓妞ゆ帒鍊告禒婊堟煠濞茶鐏︾€规洏鍨藉畷銊︾節娴h櫣鐣鹃梻浣虹帛閸旀牕岣垮▎鎴犵當鐟滃繒妲愰幒妤婃晩閻熸瑥瀚悵鏇㈡⒑闂堟稓澧崇紓宥勭閻e嘲顫滈埀顒佷繆閹间焦鏅滅紓浣癸供濡劑姊婚崒姘偓椋庢濮橆兗缂氶柤濮愬€愰崑鎾绘濞戞氨鍔悗瑙勬磸閸ㄦ椽濡堕敐澶婄闁靛ě灞芥櫍闂傚倷鑳舵灙缂佺粯锚铻為悹鎭掑妽瀹曟煡鏌涢埄鍏︽粍绂嶅⿰鍫熺厵闂侇叏绠戦弸娑㈡煛鐎n亪顎楅棁澶嬬節婵犲倸鏆欓柍閿嬫⒒缁辨帗娼忛妸锕€闉嶉梺鐟板槻閹冲繘藝閻楀牊鍎熸俊顖滅帛濞呭啴姊婚崒娆戝妽闁诡喖鐖煎畷婵嗩吋閸滀焦瀵岄梺鑺ッˇ浠嬪吹閺囥垺鐓欓柟顖涙緲琚氶梺绋款儏鐎氫即寮婚敐澶婄闁惧浚鍋呭畷鍐差渻閵堝棙鐓ユい锔诲灦閳ユ棃宕橀鍢壯囨煕閳╁喛渚涙慨濠傛健濮婅櫣绮欏▎鎯у壉闂佸憡姊瑰ú鐔兼晲閻愭祴鏀介悗锝庘偓顓涙櫊閺屽秹宕崟顐熷亾婵犳艾鐭楅柛鈩冦仜閺€浠嬫煟閹邦厽缍戦柣蹇ョ畱閻f繈鏁愰崨顔间淮闂佽鍠氶崑銈夊蓟閵娧€鍋撻敐鍐ㄥ缂併劌顭峰娲传閸曨剙顦╁銈冨妼濡鍩㈠鍡欑瘈闁告洏鍔屾禍鐐箾閸繄浠㈤柡瀣ㄥ€曢…鑳槼妞ゃ劌锕悰顕€宕卞☉妯肩潉闂佸壊鍋呯换宥呩缚婵犲洦鈷戦柡鍌樺劜濞呭懘鏌涢悤浣镐喊妞ゃ垺姊圭€佃偐鈧稒菤閹风粯绻涙潏鍓у埌闁硅绻濋獮鍡涘醇閵夛妇鍘辨繝鐢靛Т婵亶宕烽鐐茬柧闂傚倷绶氬ḿ褑鍣归梺绋挎湰缁本鏅舵ィ鍐┾拻濞达綀娅g敮娑㈡煕閺冣偓濞叉牞鐏掓繝鐢靛Т濞层倝鎮块鈧弻娑樷槈濡吋鎲奸梺缁樻尵婵兘鎯€椤忓牆绾ч柛顭戝枦閸╃偞绻濋埛鈧崒姘ギ闂佸搫鐭夌紞浣逛繆閻戣棄唯闁挎洍鍋撴繛鍫燁殜濮婃椽宕崟顒佹嫳缂備礁顑嗛崹鍧楀春閵忊剝鍎熼柕濞垮劤閻も偓婵$偑鍊栫敮鎺楀磹妞嬪孩顫曟慨妞诲亾婵﹦绮粭鐔煎焵椤掆偓宀h儻顦查摶鐐翠繆閵堝懏鍣归柣銈庡枛闇夐柛蹇撳悑缂嶆垹绱掗悩闈涙灈闁诡喗顨呴埥澶娾枍閾忣偄鐏﹂柛鎺戯功閳ь剟娼ч幗婊呭婵傚憡鍊甸柨婵嗛楠炴鐥鈩冪【闂囧绻濇繝鍌氼伀濠⒀冪仛閹便劍绻濋崘鈹夸虎濡ょ姷鍋為崝鏍箚閺冨牊鏅查柛灞句緱濞兼棃姊婚崒娆戭槮闁圭⒈鍋婇幃褍饪伴崼婵堫槶濠殿喗蓱婢у酣宕戦幘缁橆棃婵炴垶鐗曟禒顕€鎮楃憴鍕闁挎洏鍨介妴浣糕枎閹炬潙娈愰梺鍐叉惈閸燁偊鎮欐繝鍌楁斀闁绘ê鐏氶弳鈺佲攽椤旂虎妫庡褎绻堝铏圭矙濞嗘儳鍓遍梺鍦规晶钘壩i幇鏉跨闁归绀侀幃鎴︽⒑缁洖澧查柨鏇楁櫅铻為柛鎰靛枟閳锋垹鐥鐐村櫤闁绘繍浜弻鐔兼偡閻楀牆鏋犻悗娈垮櫘閸嬪﹪鐛Ο鑲╃<婵☆垳绮鐔兼⒒娴h姤纭堕柛锝忕畵楠炲繘鏁撻敓锟�.闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹妞嬪海鐭嗗〒姘e亾鐎规洦鍨跺畷绋课旀担绯曞亾閸洘鐓曟い鎰Т閸旀岸鏌i幒鎴犱粵闁靛洤瀚伴獮鎺戭吋閸ヨ埖袦濠电姭鎷冪仦鐣屼画缂備胶绮粙鎾寸閿曞倸纾兼慨姗堢到娴滅偓绻濋棃娑卞剰闁藉啰鍠栭弻銊モ槈濡警浠遍梺绋款儐閹瑰洭寮幇顓熷劅闁炽儴灏欓弫鏍⒒娴h銇熼柛妯恒偢椤㈡牗寰勯幇顒冩憰濠电偞鍨堕崺鍐磻閹剧粯鏅查幖瀛樼箘閺佹牠鏌℃担鍝ュⅵ闁诡喗顨呴埢鎾诲垂椤旂晫浜為梻浣告啞椤ㄥ棙绻涙繝鍥ュù锝囩《濡插牊淇婇鐐存暠闁诲骸顭峰娲偡闁箑娈舵繝娈垮櫘閸欏啫顕g粙搴撴瀻闁瑰墽琛ラ幏缁樼箾鏉堝墽鎮奸弸顏堟煙椤旇棄鐏︾紒缁樼箞婵偓闁宠棄鎳撻埀顒佸椤ㄣ儵鎮欑拠褍浼愬銈嗘尭閵堢ǹ鐣烽崼鏇炵厸闁告劦浜濆▓浠嬫⒒閸屾瑧顦﹂柟纰卞亞缁棃寮婚妷銉ь槷闁瑰吋鐣崝宀勬偂濠靛鐓涢柛鎰╁妼閳ь剛鏁诲畷鎴﹀箻閼姐倕绁﹂梺鍓茬厛閸犳牗鎱ㄦ惔鈾€鏀介柍钘夋娴滄繃銇勯妸銉伐闁伙絿鍏樻慨鈧柕鍫濇噽椤斿﹤鈹戞幊閸婃捇鎳楅崼鏇炲偍闁归棿鐒﹂埛鎴︽煕閹炬潙绲诲ù婊€绮欓弻娑氣偓锝庝簻椤忣亪鏌¢崨顓犲煟妞ゃ垺宀搁崺鈧い鎺嗗亾妞ゎ偄绻橀幖鍦喆閸曨偅鐎梻浣瑰缁诲倸螞濞嗘挻鍋熸慨妯垮煐閸婄敻鎮峰▎蹇擃仾缂佸矁娉曠槐鎾愁吋閸曨収妲銈嗘穿缂嶄礁鐣峰⿰鍕闁荤喐澹嗛敍蹇涙⒒娓氣偓濞佳囥偑閸偂绻嗛柛銉㈡櫇閻捇鏌涢幘妤€鎳愰敍婵嬫⒑缁嬫寧婀伴柣鐔村姂椤㈡瑦寰勯幇顓犲幈闁诲函缍嗛崑鍛暦瀹€鍕厸鐎光偓鐎n剛袦濡ょ姷鍋涢澶愬箖濞嗘挸骞㈡俊顖濇娴煎矂姊虹拠鈥虫灍妞ゃ劌锕妴浣割潩鐠鸿櫣鍔﹀銈嗗笒鐎氼剟鎷戦悢鍏肩叆婵犻潧妫欐刊鍏肩箾鐏忔牗娅婇柡宀嬬秮楠炴﹢宕樺顔煎Ψ闂備浇顕х换鎰涘▎鎴炲床婵炴垯鍨洪弲鏌ユ煕濞戝崬鏋熼柟顔界懇濮婃椽骞愭惔銏狀槱婵炲瓨绮犳禍顏堝箖娴兼惌鏁婇柣锝呯灱閹虫繈姊洪柅鐐茶嫰婢у鈧鍣崑濠囩嵁濡偐纾兼俊顖滅帛椤忕喖姊绘担鑺ョ《闁革綇绠撻獮蹇涙晸閿燂拷,闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹妞嬪海鐭嗗〒姘e亾妤犵偛顦甸弫鎾绘偐閸愯弓鐢绘俊鐐€栭悧婊堝磻濞戙垹鍨傞柛宀€鍋為悡鏇熴亜椤撶喎鐏ュù婊呭仦閵囧嫰鍩¢崘銊ュ箣闂佸搫鏈惄顖炪€侀弴銏″亹闁肩⒈鍏涢幃锝夋⒑鐠囨煡顎楅柣蹇斿哺閹繝鏁撻悩鑼舵憰闂侀潧艌閺呮粓宕戦崱娑欑厱閻忕偛澧介埥澶嬨亜韫囥儲瀚�闂傚倸鍊搁崐宄懊归崶顒夋晪鐟滃繘鍩€椤掍胶鈻撻柡鍛Т閻e嘲螣閼姐倗鐦堝┑顔斤供閸樻悂骞愰崘顔解拺闁告稑锕ユ径鍕煕鐎n偅宕岄柟铏崌瀹曠ǹ螖娴e搫寮伴梻濠庡亜濞村嫮寰婇懞銉ь洸闁哄稁鐏愰悷鎵冲牚闁告洦鍘鹃悡鈧梺鍓х帛閻楃娀寮婚妸銉㈡斀闁糕剝锚濞咃綁姊洪崫鍕棤闁稿鍊濆濠氬Ω閵夈垺顫嶉梺鎯ф禋閸嬪嫰顢旈敓锟�濠电姷鏁告慨鐑藉极閹间礁纾绘繛鎴欏灪閸嬨倝鏌曟繛褍鍟悘濠囨倵閸忓浜鹃梺鍛婃处閸撴瑦绂嶉柆宥嗏拺闁告稑锕g欢閬嶆煕閻樺啿鍝洪柕鍡楁嚇瀵濡烽敂鎯у箥闂備胶绮崹鍫曟晝閳轰讲鏋旈柡鍐ㄥ€荤壕濂告煃瑜滈崜鐔风暦閸楃偐妲堟繛鍡樺灥楠炴绻濈喊妯活潑闁搞劎鏁诲畷鎴﹀箛椤旇姤娈板┑鐐村灟閸ㄦ椽鎮¢悢鍝ョ瘈闁割煈鍋呯亸浼存倵濮樼偓瀚�.
SCISSCIAHCI