基于大数据分析的城市电动汽车充电设施多目标规划研究

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充电基础设施建设影响着电动汽车产业的发展,但电动汽车充电难与充电设施闲置现象长期并存。将充电设施作为新型基础公共设施的一种,意味着我国将进一步加强对充电设施建设投入。因此,寻求一种在土地、成本、需求等因素综合影响下,对充电设施进行规划的方法,拥有重要的学术研究价值和工程运用意义。本论文在大量的地理信息点数据和家庭出行数据分析的基础上,提出了基于渐进覆盖的多目标二次规划模型,利用已建成的充电设施,将系统效益最大化和覆盖水平最大化作为优化目标,采用运用较为广泛的NSGA-Ⅱ算法(Elitist Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm,带精英策略的非支配排序遗传算法),结合提出的需求分配原则,得到不同新建超级快充站数目下不同的决策方案。主要内容有:(1)将城市建设用地划分成五大功能区,根据采集的大量地理信息点数据,挖掘出各路网单元区域对应城市功能,形成功能区聚集点。基于密度的噪声空间聚类和K均值聚类混合算法将功能区聚集点聚类为若干个簇,得到聚类中心的位置信息。(2)通过分析充电习惯和特征,确定本论文对超级快充站进行规划布局。解决单个用户充电随机性,根据足够多的行驶里程数据样本,拟合出了不同功能区白天充电需求概率,结合停车需求计算模型,计算得出城市白天超级快充需求量。(3)目前城市已建有部分超级快充站,在规划新增充电站时应避免重复建设。同时,渐进覆盖模型更接近实际生活中需求点距离与充电设施覆盖水平的关系。而且,超级快充站的建设需要达到成本最小化、设施服务效用最大化、基本覆盖水平最大化的效果。于是,本论文提出基于渐进覆盖的多目标二次规划模型,更好地满足工程实际和城市规划者的决策需求。(4)针对覆盖模型求解难题,引入并改进NSGA-Ⅱ算法,加入需求分配原则。针对不同需求点数目导致计算维度增加的情况,研究了NSGA-Ⅱ算法对模型的有效性,发现在参数设置合理时,算法有效且计算效率远高于LINGO17.0软件。(5)本论文主要以上海市为例,对不同新建超级快充站数目的规划情况进行分析,为城市规划者根据设定的发展目标提供了不同的选址定容方案。同时,以重庆市沙坪坝区为例,对山地城市充电设施规划进行了探讨。
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