引言

新能源汽車在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，從而帶來了巨大的充電需求。同時(shí)，部分充電站規(guī)劃不合理導(dǎo)致充電站空間布局和服務(wù)容量與實(shí)際充電需求不匹配，充電站利用率低和用戶充電不便并存的現(xiàn)象已經(jīng)成為了新能源汽車產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)。充電站的合理布局規(guī)劃是優(yōu)化新能源汽車使用體驗(yàn)和充電體驗(yàn)、降低用戶“里程焦慮”、提高充電樁利用率、優(yōu)化城市新能源汽車交通網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，也成為當(dāng)前新能源汽車及智能交通領(lǐng)域急需解決的問題。為提供該領(lǐng)域較為全面的綜述視角，本文從選址、定容、求解算法維度分析了充電站規(guī)劃模型，列舉了國內(nèi)外在多優(yōu)化目標(biāo)、多約束條件、多階段規(guī)劃的覆蓋模型、截流模型等規(guī)劃模型中的研究成果，以及在各經(jīng)典模擬網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際城市環(huán)境中的測試、應(yīng)用情況，最后對(duì)目前充電站規(guī)劃領(lǐng)域存在的充電需求估計(jì)準(zhǔn)確性、充電站與未來需求的匹配度等問題進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)“車-樁-路-網(wǎng)”互聯(lián)時(shí)代下充分利用新能源汽車的分布式儲(chǔ)能、靈活充放電的特征進(jìn)行有序充電引導(dǎo)、新能源消納、電網(wǎng)削峰填谷的協(xié)同規(guī)劃發(fā)展應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1、充電基礎(chǔ)設(shè)施類型介紹

目前充電基礎(chǔ)設(shè)施類型主要包括私人充電樁、公共充電樁（站）、專用充電樁（站）以及換電站，各類型充電基礎(chǔ)設(shè)施的特點(diǎn)總結(jié)如表1所示，具體說明如下。（1）私人充電樁私人充電樁包括隨車充電槍和安裝在小區(qū)停車位的充電樁，大多采用家庭220V交流慢充，其中隨車充電槍的功率一般為3.3kW，停車位充電樁功率一般有7kW、15kW等。私人充電樁結(jié)構(gòu)簡單，布置靈活，占用空間小，具有較為明顯的成本優(yōu)勢，易于在小區(qū)環(huán)境下推廣使用。此外，私人充電樁的充電費(fèi)用較低，同公共充電站相比無需額外繳納停車費(fèi)、服務(wù)費(fèi)等，且可以利用峰谷電價(jià)實(shí)現(xiàn)低成本充電。（2）公共充電樁（站）1） 交流充電樁（站）交流充電樁是對(duì)具有車載充電機(jī)的新能源汽車提供交流充電電源進(jìn)行電能補(bǔ)充的常規(guī)充電裝置。交流充電樁的占地面積較小并且布點(diǎn)較為靈活，建設(shè)和運(yùn)營成本較低，并且充電用戶可以選擇在電價(jià)較為便宜的夜間電力低谷時(shí)段進(jìn)行充電，使用成本較低，但缺點(diǎn)是其充電速度較慢、充電時(shí)間較長、難以滿足用戶的快速充電需求。2） 快速充電站快速充電站以較大的電流在較短時(shí)間內(nèi)為新能源汽車進(jìn)行充電，其充電功率較大，主要采用三相四線制380V供電?？焖俪潆娬境潆姇r(shí)間較短，可以滿足用戶的緊急充電需求，但缺點(diǎn)是建設(shè)和運(yùn)營成本較高，同時(shí)動(dòng)力電池在短時(shí)間內(nèi)充入大量電量將會(huì)導(dǎo)致電池過熱，影響其使用壽命?？焖俪潆姌对诮o新能源汽車充電時(shí)的電流額定值和功率額定值都非常高，一般建設(shè)在變電站附近或者大型服務(wù)中心、停車場內(nèi)。（3） 專用充電樁（站）專用充電站一般擁有固定的服務(wù)對(duì)象，比如電動(dòng)公交車、電動(dòng)物流車和電動(dòng)專用車等。其位置一般設(shè)置在公交起終點(diǎn)站、廠區(qū)、環(huán)衛(wèi)站點(diǎn)等，車位尺寸及配套設(shè)施等通常針對(duì)服務(wù)對(duì)象設(shè)計(jì)，僅供特定車輛使用，以避免同社會(huì)車輛競爭充電。其功率設(shè)置取決于實(shí)際需求，例如電動(dòng)公交車的充電功率可以達(dá)到300 kW以上，以滿足電動(dòng)公交車的快速能量補(bǔ)充和高強(qiáng)度運(yùn)營需求。（4） 換電站換電站使用充滿電的電池組來更換車輛上能量耗盡的電池組，以實(shí)現(xiàn)媲美傳統(tǒng)車加油速度的快速補(bǔ)能。換電站的突出優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)能時(shí)間短，中途換電幾乎不影響用戶的行程計(jì)劃，且動(dòng)力電池可以在服務(wù)站進(jìn)行定期保養(yǎng)和維修；其缺點(diǎn)在于初始投入成本高，主要包括電池存放空間成本、換電裝置以及動(dòng)力電池組購入和損耗成本等；同時(shí)換電模式下“車-電”分離的商業(yè)模式尚未完全成熟，仍需進(jìn)一步探索；此外由于各廠商生產(chǎn)的新能源汽車裝車電池形狀不統(tǒng)一，因此目前換電站服務(wù)只能局限于各新能源汽車廠商獨(dú)立提供，難以實(shí)現(xiàn)社會(huì)層面共享。

表1  充電基礎(chǔ)設(shè)施及特點(diǎn)總結(jié)

2、充電站規(guī)劃問題概述

選址優(yōu)化問題是運(yùn)籌學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典問題，涉及經(jīng)濟(jì)、工程以及管理等多種學(xué)科，選址問題的研究對(duì)象可以是工廠、倉庫、銷售網(wǎng)點(diǎn)以及物流中心等。選址是一項(xiàng)重要的長期決策，選址方案的好壞直接影響到服務(wù)成本、質(zhì)量以及效率等，從而影響到選址主體的建設(shè)成本和營運(yùn)利潤。合理的選址方案可以在充分滿足用戶需求的基礎(chǔ)上降低成本，提高服務(wù)效率，反之則會(huì)帶來巨大的資源浪費(fèi)和使用不便。如圖1所示，本文所研究的充電站規(guī)劃是受環(huán)境、政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、能源、交通等多因素影響的多利益主體參與的非線性、多約束條件、多優(yōu)化目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題。如何根據(jù)新能源汽車充電需求的時(shí)空分布以及交通路網(wǎng)、配電網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)約束條件，合理選擇充電設(shè)施位置與容量，使得新能源汽車用戶充電便利性、經(jīng)濟(jì)性以及電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，充電運(yùn)營商的營收利潤等規(guī)劃目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)是該領(lǐng)域研究的核心問題。

圖1  充電站規(guī)劃決策變量、參與主體和影響因素

充電站的規(guī)劃、運(yùn)營和使用過程涉及多個(gè)主體，包括政府、新能源汽車用戶、充電站建設(shè)運(yùn)營商以及電網(wǎng)等，如圖2所示，從不同主體的視角出發(fā)，充電站規(guī)劃的優(yōu)化目標(biāo)和需要考慮的約束條件各不相同。合適的充電站規(guī)劃方案需要綜合考慮各方的需求、約束平衡，協(xié)調(diào)規(guī)劃，才能使有限的充電資源發(fā)揮最大效用。

圖2  充電站規(guī)劃參與主體以及對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件

3、充電站規(guī)劃方法

3.1  充電站選址方法

在充電站選址研究領(lǐng)域中存在一些廣泛應(yīng)用的算法模型，包括P-中心模型、P-中位模型、覆蓋模型、截流模型、網(wǎng)絡(luò)均衡模型以及其他算法模型。下面針對(duì)上述各類算法的流程、特點(diǎn)以及適用情況進(jìn)行討論。（1）P-中心模型、P-中位模型P-中心模型主要研究合理選擇P個(gè)站點(diǎn)的位置，使所有的需求點(diǎn)被滿足，并且每個(gè)需求點(diǎn)到其最近站點(diǎn)的最大距離最小化。但在該模型中未區(qū)分不同需求點(diǎn)的需求量，因此，熱點(diǎn)地區(qū)的需求可能會(huì)面臨由于缺乏容量合理規(guī)劃而導(dǎo)致的服務(wù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。Hakimi將P-中位模型應(yīng)用到服務(wù)設(shè)施的選址問題中。P-中位模型研究如何放置P個(gè)服務(wù)站點(diǎn)使得需求點(diǎn)的需求量和距離服務(wù)站的距離的乘積最小化。近幾年的研究中，P-中位模型在新能源汽車充電站選址問題的應(yīng)用越來越多，相比于一般P-中位模型的主要改進(jìn)的思路是引入新能源汽車獨(dú)有的出行和充電特征，構(gòu)建符合新能源汽車充電站選址特征的P-中位模型。例如Chen等使用停車記錄作為充電需求的估計(jì)基準(zhǔn)，以最小化用戶充電成本為目標(biāo)提出了基于P-中位模型的充電站規(guī)劃模型。（2）覆蓋模型在覆蓋模型中，假設(shè)站點(diǎn)存在服務(wù)半徑，服務(wù)半徑覆蓋區(qū)域內(nèi)的需求點(diǎn)表示被分配到中心點(diǎn)接受服務(wù)。覆蓋模型可以分為集覆蓋問題和最大覆蓋問題。集覆蓋模型最早由Toregas等提出，應(yīng)用于消防中心和救護(hù)車等的應(yīng)急服務(wù)設(shè)施選址問題。集覆蓋模型研究覆蓋所有需求點(diǎn)的條件下，建設(shè)最少站點(diǎn)使得建設(shè)總成本最小。Plane、Daskin等建立了雙目標(biāo)集覆蓋模型，以最小化站點(diǎn)個(gè)數(shù)和最大化滿足用戶需求作為優(yōu)化目標(biāo)。集覆蓋模型假設(shè)服務(wù)設(shè)施的服務(wù)能力無窮大，在此基礎(chǔ)上得到要滿足所有需求點(diǎn)的選址結(jié)果，而現(xiàn)實(shí)中的服務(wù)站點(diǎn)受限于土地、人力等資源的限制往往存在服務(wù)能力的上限；最大覆蓋模型由Church等提出，該模型研究站點(diǎn)的個(gè)數(shù)和服務(wù)半徑已知的條件下，如何布局站點(diǎn)使可滿足的需求量最大化。在最大覆蓋模型中限制了服務(wù)設(shè)施的服務(wù)能力，使其更貼近實(shí)際生活中的選址規(guī)劃需求。He等采用了集合覆蓋模型、最大覆蓋模型和P-中位模型對(duì)北京市公共電動(dòng)汽車充電站進(jìn)行了規(guī)劃分析，結(jié)果如圖3所示，作者提出P-中位模型方案比其他兩種模型更有效，使用該模型規(guī)劃的充電站距離電動(dòng)汽車需求較高的區(qū)域更近，能夠保障更多車輛的充電需求。

圖3  充電站規(guī)劃模型

（3）截流模型截流模型將充電需求定義為經(jīng)過充電站的交通流形式，并將模型優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為設(shè)置合理的充電站位置，以最大程度捕獲交通流上的充電需求。如圖4所示，O-D路徑上的可行充電站布局區(qū)域?yàn)閇l-D,D]，其中D為電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，l為第w個(gè)O-D對(duì)間第r個(gè)路徑的長度。截流選址模型（Flow-capturing Location Model, FCLM）由Hodgson在1990年提出，可視為最大覆蓋問題的變體。該模型的優(yōu)化目標(biāo)是在路網(wǎng)中選址P個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施以捕獲盡可能多的交通流量。該模型的局限性在于其假設(shè)只要路徑上存在一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施就可以捕捉到該路徑上的所有交通流，忽略了車輛的行駛距離限制，但是電動(dòng)汽車的行駛里程有限，且需要多次充電才能完成長距離的行程，從而削弱了FCLM在充電站規(guī)劃中的應(yīng)用。針對(duì)基礎(chǔ)模型的不足，Kuby等改進(jìn)FCLM提出了流量補(bǔ)能選址模型（Flow-refueling Location Model, FRLM）。在該模型中，優(yōu)化目標(biāo)是最大限度地增加車輛可行往返次數(shù)，但只有當(dāng)路徑上的基礎(chǔ)設(shè)施組合能夠確保車輛在沒有耗盡能量的情況下完成行程時(shí)，該交通流量才能被計(jì)入。因此，F(xiàn)RLM對(duì)于實(shí)際基礎(chǔ)設(shè)施選址問題具有更好的適應(yīng)性，但是，在該模型中作者假設(shè)服務(wù)站點(diǎn)具有無限容量并使用確定性的需求，在一定程度上偏離了現(xiàn)實(shí)情況。針對(duì)FRLM對(duì)于無限容量的假設(shè)，Upchurch等引入了站點(diǎn)容量限制，提出考慮容量限制的流量補(bǔ)能選址模型（Capacitated Flow Refueling Location Model, CFRLM）。Kim等在FRLM的基礎(chǔ)上引入了對(duì)路徑偏移的考慮，提出了路徑偏離流量補(bǔ)能選址模型（Deviation Flow Refueling Location Model, DFRLM），允許O-D充電需求偏離最短路徑。

圖4  考慮O-D路徑充電需求的充電站布局示意圖

（4）其他選址模型除以上介紹的模型方法以外，He等提出了另一種解決充電站選址問題的方法，即在給定數(shù)量的公共充電站的情況下，研究電動(dòng)汽車、交通和電力系統(tǒng)之間的相互作用，應(yīng)用均衡框架尋找最優(yōu)建設(shè)位置。He等對(duì)網(wǎng)絡(luò)均衡模型進(jìn)行了拓展，提出了基于行程的電動(dòng)汽車充電站部署網(wǎng)絡(luò)均衡框架，將駕駛員路徑選擇和充電決策納入考慮因素中。隨后，Liu等采用均衡框架對(duì)多類型充電設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化部署，采用基于徑向基隨機(jī)函數(shù)響應(yīng)面模型的啟發(fā)式算法對(duì)模型進(jìn)行求解。Guo等探索了競爭市場環(huán)境下的電動(dòng)汽車快速充電站規(guī)劃問題，建立了基于網(wǎng)絡(luò)的多智能體優(yōu)化模型，不同的參與者能夠做出不同的相互關(guān)聯(lián)的決策。Li等將博弈論方法應(yīng)用于充電站選址規(guī)劃。此外，Asamer等提出了決策支持方法以求解城市出租車的充電站選址問題。該模型致力于獲得充電站的最優(yōu)建設(shè)區(qū)域而非確切位置，從而滿足環(huán)境條件、法律問題、電力容量和可用空間等約束。總結(jié)上述充電站選址方法，學(xué)者們在設(shè)計(jì)充電站選址模型時(shí)主要依據(jù)前序工作即充電需求估計(jì)中獲取的充電需求的空間形式，針對(duì)點(diǎn)需求和區(qū)域需求，主要應(yīng)用P-中值和P-中位模型以及覆蓋模型實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)或區(qū)域需求的覆蓋；針對(duì)O-D路徑需求，主要采用截流模型對(duì)交通流進(jìn)行捕獲，針對(duì)“車-樁-路-網(wǎng)”互動(dòng)的系統(tǒng)環(huán)境，主要采用均衡框架方法。目前，各類方法均在充電站規(guī)劃領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，各類方法的適用場景不同，主要的改進(jìn)方向?yàn)椋孩倏紤]新能源汽車的出行、充電需求時(shí)空特性，設(shè)計(jì)合理的充電供需匹配策略；②考慮多主體的需求和優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)貼近現(xiàn)實(shí)的充電場景和約束條件；③針對(duì)動(dòng)態(tài)充電需求設(shè)計(jì)多階段規(guī)劃模型或充電站布局調(diào)整策略，以使得選址結(jié)果更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.2  充電站定容方法

為提升新能源汽車用戶的充電便利性，充電站應(yīng)設(shè)置足夠數(shù)量的充電樁以應(yīng)對(duì)不同時(shí)段的充電需求，對(duì)此，Upchurch等提出應(yīng)使用高峰時(shí)期的充電需求數(shù)據(jù)估算充電站容量，以便在最壞情況下充電站同時(shí)充電的車輛數(shù)量不超過最大充電站容量，但是保守的估計(jì)策略會(huì)降低充電站的使用率，帶來充電樁資源的浪費(fèi)?？紤]到充電站容量的增加將提高充電站建設(shè)運(yùn)營成本同時(shí)給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來壓力，因此需要在增加充電需求覆蓋率、控制充電站建設(shè)運(yùn)營成本和減少對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)面影響之間進(jìn)行權(quán)衡。同時(shí)，容量規(guī)劃時(shí)還需要考慮充電站空間約束、充電成本約束等多方面因素，常用的容量確定方法包括道路路口流量計(jì)算法、概率預(yù)測法和基于排隊(duì)論的方法等。例如，Huang等提出了由道路車輛流量及路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)固定充電需求量來計(jì)算充電站容量及充電樁配置的規(guī)劃方案。艾圣芳等提出了電動(dòng)汽車充電功率需求的概率分布統(tǒng)計(jì)模型，并以此電動(dòng)汽車功率需求的統(tǒng)計(jì)模型的最大期望值作為相應(yīng)充電站的容量。舒雋等提出了一種兩階段的充電站最優(yōu)規(guī)劃方法，在第一階段通過馬爾可夫鏈數(shù)學(xué)模型預(yù)測電動(dòng)汽車時(shí)空分布，在第二階段以充電需求不可達(dá)率和不滿足率為約束，建立充電站選址定容模型。近年來，學(xué)者開始廣泛采用排隊(duì)論方法通過將充電等待時(shí)間等參數(shù)集成到規(guī)劃模型的優(yōu)化目標(biāo)或約束條件中進(jìn)行充電站的容量規(guī)劃。新能源汽車在充電站的一般排隊(duì)過程如圖5所示，如果充電站存在空閑充電樁，則充電車輛可以直接開始充電，否則充電車輛將按照先到先充電的原則等待充電。學(xué)者通常采用M/M/c模型對(duì)充電站排隊(duì)過程進(jìn)行建模，即假設(shè)充電站存在c臺(tái)充電樁，充電車輛的到達(dá)過程符合負(fù)指數(shù)分布，充電站的服務(wù)過程同樣符合負(fù)指數(shù)分布。Marianov等首次在最大覆蓋選址問題中引入了排隊(duì)論模型，在其工作中將充電站建模為M/M/1和M/M/m排隊(duì)系統(tǒng)，將排隊(duì)長度和排隊(duì)時(shí)間兩個(gè)變量引入約束條件進(jìn)行充電站容量規(guī)劃。Wang等定義了不同的充電場景，假設(shè)充電車輛可以獲取充電站的預(yù)期等待時(shí)間信息，將隨機(jī)排隊(duì)過程中的預(yù)期等待時(shí)間引入到用戶充電行程時(shí)間成本中。

圖5  充電站車輛充電排隊(duì)模型

總結(jié)上述充電站定容方法，基于排隊(duì)論方法進(jìn)行充電站定容規(guī)劃已經(jīng)成為該領(lǐng)域的主流方法，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)Φ竭_(dá)充電站充電的車輛數(shù)量規(guī)律進(jìn)行較為精準(zhǔn)的刻畫，并能夠通過設(shè)定等待時(shí)間約束、排隊(duì)長度約束等規(guī)劃合理的充電站容量，較好地保障用戶充電體驗(yàn)，但是在應(yīng)用排隊(duì)論方法的過程中需要考慮快充站和慢充站的充電服務(wù)時(shí)長的差異，例如慢充站的充電時(shí)長較長，用戶一般不會(huì)接受在慢充站排隊(duì)等待充電，因此需要根據(jù)實(shí)際情況確定是否設(shè)置排隊(duì)等待區(qū)以及設(shè)定合理的等待區(qū)容量，并應(yīng)用合適的排隊(duì)論模型子類（如容量限制排隊(duì)論模型、考慮服務(wù)優(yōu)先級(jí)的排隊(duì)論模型等）進(jìn)行建模求解。此外，排隊(duì)論方法僅能支撐充電車輛數(shù)的估計(jì)，對(duì)于充電站的準(zhǔn)確定容還需要將充電車輛的充電功率需求考慮在內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電站充電樁數(shù)量以及容量配置的精準(zhǔn)規(guī)劃。

3.3  充電站多階段規(guī)劃方法

上述多數(shù)充電站規(guī)劃研究使用了靜態(tài)充電需求進(jìn)行充電站的選址定容規(guī)劃，而充電站的選址定容是一個(gè)長期戰(zhàn)略問題，適合當(dāng)下環(huán)境的規(guī)劃結(jié)果可能會(huì)隨著新能源汽車充電需求的變化而變得不合適，從而需要進(jìn)行重新規(guī)劃或重新建設(shè)，進(jìn)而增加了額外成本。因此近年來，學(xué)者展開了考慮動(dòng)態(tài)充電需求的多階段充電站規(guī)劃模型相關(guān)研究。在該問題上，Chung等提出了基于截流模型的多階段選址模型，在FRLM模型中，在有限個(gè)規(guī)劃階段內(nèi)將指定數(shù)量的充電站連續(xù)建設(shè)在高速公路網(wǎng)絡(luò)上，使得所有時(shí)間內(nèi)的總充電交通流量最大化。Meng等提出了充電站順序建設(shè)模型，基于對(duì)充電需求的估計(jì)擴(kuò)大或縮小充電站建設(shè)規(guī)模，避免資金損失和資源浪費(fèi)。Li等基于Huang等提出的多路徑充電站選址模型（Multipath Refueling Location Model，MPRLM）提出了考慮多階段多路徑充電站選址模型（Multi-period Multi-path Refueling Location Model，M2PRLM）改進(jìn)。模型以最小化新增充電站建設(shè)成本和搬遷已存在充電站成本為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)滿足所有O-D路徑上的充電需求，并允許路徑偏差，其多階段規(guī)劃結(jié)果如圖6所示。

圖6  多階段充電站規(guī)劃案例

此后，Xie等進(jìn)一步改進(jìn)了Li等的工作，基于排隊(duì)論規(guī)劃了充電站容量，并增加了不可行路徑的懲罰項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)充電站建設(shè)成本和用戶充電焦慮之間的權(quán)衡。Zhang等針對(duì)Capar等提出的弧覆蓋-路徑覆蓋模型（Arc Cover-path Cover Model，AC-PC）提出了具有容量約束和動(dòng)態(tài)需求的多階段截流充電站選址模型（Multi-period Capacitated AC-PC Model，MCACPC）擴(kuò)展。通過決策每個(gè)規(guī)劃階段的充電站位置和充電樁數(shù)量，使所有階段內(nèi)的總流量達(dá)到最大，同時(shí)在多階段規(guī)劃模型中考慮了歷史階段充電站規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的流量覆蓋率對(duì)未來新能源汽車滲透率的影響。多階段充電站規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)充電需求變化的覆蓋，在新能源汽車保有量快速增長和動(dòng)力電池以及充電技術(shù)快速迭代發(fā)展的背景下具有更好的適用性。但是需要針對(duì)不同發(fā)展階段下的新能源汽車保有量、技術(shù)發(fā)展水平等進(jìn)行合理預(yù)測，并針對(duì)性地設(shè)計(jì)豐富、合理的充電場景以實(shí)現(xiàn)對(duì)未來充電場景的準(zhǔn)確預(yù)測、建模。

4、當(dāng)前主要問題及展望

綜上所述，學(xué)者們在充電站規(guī)劃領(lǐng)域從充電需求估計(jì)、預(yù)測到充電站選址定容做了大量的研究工作，隨著新能源汽車的大量推廣應(yīng)用以及穩(wěn)定良好的未來發(fā)展態(tài)勢，充電站的規(guī)劃研究依然是目前以及未來一段時(shí)期的研究熱點(diǎn)，并具有現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，隨著車聯(lián)網(wǎng)、智慧充電等技術(shù)的快速發(fā)展，海量的“車-樁-路-網(wǎng)”數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)對(duì)以往的研究方法和思路帶來了挑戰(zhàn)，而大數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)同時(shí)也為充電站規(guī)劃研究帶來了新的機(jī)遇和靈感。鑒于此，結(jié)合前文對(duì)充電站規(guī)劃相關(guān)算法模型的總結(jié)，本文對(duì)該領(lǐng)域目前研究中存在的問題和未來的研究挑戰(zhàn)與方向進(jìn)行梳理展望。（1）充電需求估計(jì)及預(yù)測方面在以往的充電需求估計(jì)及預(yù)測研究中，相關(guān)數(shù)據(jù)的采集受到了較大局限，傳統(tǒng)方法只能運(yùn)用少量、低維、靜態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略的需求分布參數(shù)估計(jì)，部分研究只能利用傳統(tǒng)燃油車的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行替代，在此過程中忽視了新能源汽車本身的出行、充電等行為特征和充電需求特性，導(dǎo)致充電需求估計(jì)研究顆粒度不精細(xì)進(jìn)而影響基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃方案的有效性。在車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，新能源汽車數(shù)據(jù)的規(guī)模采集具備了可行性，同時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)挖掘算法快速發(fā)展，使用“車-樁-路-網(wǎng)”融合數(shù)據(jù)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行高精度時(shí)空充電需求估計(jì)及預(yù)測逐漸成為主流?？紤]到充電需求的估計(jì)及預(yù)測對(duì)充電站規(guī)劃、充電引導(dǎo)、能量調(diào)度等“車-樁-路-網(wǎng)”協(xié)同優(yōu)化的支撐作用，短時(shí)間尺度（小時(shí)級(jí)，天級(jí)）高精度充電需求時(shí)空分布預(yù)測和考慮動(dòng)態(tài)發(fā)展因素的長時(shí)間尺度（季度級(jí)，年級(jí)）的多場景-多階段充電需求預(yù)測模型是未來充電需求估計(jì)及預(yù)測領(lǐng)域的重要研究方向之一。（2）充電站規(guī)劃方面考慮到成本預(yù)算、電網(wǎng)配套支持等因素，充電站無法在短時(shí)間內(nèi)全面完成建設(shè)部署，而隨著動(dòng)力電池和充電技術(shù)的快速發(fā)展，未來的充電場景和充電習(xí)慣將發(fā)生顯著的改變，因此新能源汽車的充電需求具有很強(qiáng)的短時(shí)間尺度和長時(shí)間尺度下的動(dòng)態(tài)性。目前的充電站規(guī)劃研究多以當(dāng)下的靜態(tài)充電需求空間分布特征為基礎(chǔ)，而缺少對(duì)新能源汽車及充電站的推廣應(yīng)用規(guī)模，技術(shù)發(fā)展水平，車樁比發(fā)展階段的考慮，導(dǎo)致規(guī)劃方案不能很好地與未來新能源汽車的發(fā)展和動(dòng)態(tài)充電需求相匹配，造成設(shè)計(jì)冗余或不足的問題，進(jìn)而增加額外的建設(shè)、改造成本。因此考慮多階段、有序/無序充電、相關(guān)技術(shù)發(fā)展水平等多場景、多階段的充電站規(guī)劃研究將更具有實(shí)際意義，也是下一步研究的重點(diǎn)。（3）“車-樁-路-網(wǎng)”協(xié)同規(guī)劃方面充電站的規(guī)劃和使用都不是孤立的過程，其與新能源汽車、路網(wǎng)、電網(wǎng)和能源等關(guān)鍵要素共同組成了交通和能源網(wǎng)絡(luò)體系。隨著V2G技術(shù)的快速發(fā)展和成熟，“車-樁-路-網(wǎng)”之間的協(xié)同互動(dòng)也將進(jìn)一步擴(kuò)展，協(xié)同規(guī)劃將成為面向未來交通和能源體系效率提升需求的重要研究方向?？紤]到新能源汽車具備的靈活可調(diào)節(jié)的充放電負(fù)載特性，充電供求關(guān)系將從充電樁向新能源汽車的單向放電轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向能量互動(dòng)。一方面，結(jié)合實(shí)時(shí)充電樁資源和交通路網(wǎng)信息為新能源汽車用戶提供高效的充電規(guī)劃服務(wù)，能夠提升新能源汽車用戶充電的便利性和經(jīng)濟(jì)性，顯著提升充電體驗(yàn)，同時(shí)達(dá)到合理整合利用充電樁資源的目的。另一方面，新能源汽車可視為大規(guī)模的分布式儲(chǔ)能單元，針對(duì)光伏、風(fēng)電、水電等具有隨機(jī)性、波動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的新能源，充分利用新能源汽車的大規(guī)模分布式儲(chǔ)能、靈活充放電的特征進(jìn)行光儲(chǔ)充一體化充電站等新型充電站的規(guī)劃建設(shè)和有序充放電引導(dǎo)，可最大限度實(shí)現(xiàn)新能源的實(shí)時(shí)消納和電網(wǎng)負(fù)荷削峰填谷，是提升能源生產(chǎn)利用效率的重要方向。最后，面向以上需求和應(yīng)用，配套的建筑物法規(guī)，互操作性標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)法律許可也需要進(jìn)一步研究完善。

5、作者簡介

王震坡，北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院特聘教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國家工程研究中心主任、新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟秘書長。先后入選北京市“科技領(lǐng)軍人才”、科技部“中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”、教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才” 、國家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等。長期從事新能源汽車領(lǐng)域的理論研究和工程技術(shù)攻關(guān)工作，圍繞新能源汽車安全、高效、可靠應(yīng)用主題，在運(yùn)行管控、充電防控、分布式驅(qū)動(dòng)協(xié)同控制等方面做出突出貢獻(xiàn)。發(fā)表SCI/EI論文百余篇，出版專(譯)著10余部，授權(quán)發(fā)明專利70余項(xiàng)，主持或參與國行標(biāo)10余項(xiàng)，獲國家、省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)。

本文主要內(nèi)容源自《中國公路學(xué)報(bào)》2022年第12期

王震坡, 張瑾, 劉鵬, 張照生. 電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃研究綜述[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2022, 35(12): 230-252.