本發(fā)明涉及電動(dòng)出租車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施配置及定容方法。

背景技術(shù)：

隨著在低碳經(jīng)濟(jì)和新能源戰(zhàn)略的推動(dòng)下，電動(dòng)出租車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。中國(guó)許多大城市提出了出租車(chē)全部實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化的戰(zhàn)略，除了停車(chē)總站的常規(guī)充電外，公共領(lǐng)域的快速電動(dòng)出租車(chē)快充站建設(shè)將成為電動(dòng)出租車(chē)擺脫電池容量限制、大幅提高行駛里程的關(guān)鍵。未經(jīng)規(guī)劃計(jì)算的快充站建設(shè)將帶來(lái)站間服務(wù)不均衡、站內(nèi)配電經(jīng)濟(jì)性差等問(wèn)題，因此快充站的經(jīng)濟(jì)性規(guī)劃方法對(duì)保證投資和用戶雙方的利益十分重要。

在電動(dòng)出租車(chē)快充站的容量確定方面，目前現(xiàn)有技術(shù)是根據(jù)電動(dòng)出租車(chē)快充站服務(wù)范圍內(nèi)的充電需求大小計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的總?cè)萘?，進(jìn)而粗略計(jì)算站內(nèi)的充電設(shè)施數(shù)目，容易造成充電服務(wù)水平低、充電排隊(duì)擁堵等問(wèn)題；不經(jīng)測(cè)算地統(tǒng)一化站內(nèi)設(shè)施配置會(huì)造成站間服務(wù)不均衡、負(fù)荷率低下，投資經(jīng)濟(jì)性差的現(xiàn)象。

因此，如何將用戶和投資者的利益結(jié)合，實(shí)現(xiàn)快充站的設(shè)施數(shù)量和配電容量的合理配置是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施的配置及定容方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施進(jìn)行合理配置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施的配置及定容方法，包括：

分析電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站時(shí)間間隔和充電時(shí)長(zhǎng)的分布規(guī)律，確定電動(dòng)出租車(chē)快充站的站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型；

基于所述站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型測(cè)算單位時(shí)間的站內(nèi)投資成本和用戶時(shí)間成本；

基于所述站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型、站內(nèi)投資成本和用戶時(shí)間成本，確定站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

基于所述站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型，求解得到站內(nèi)充電設(shè)施的最優(yōu)配置數(shù)量；

根據(jù)所述站內(nèi)充電設(shè)施的最優(yōu)配置數(shù)量計(jì)算出所述電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電容量。

進(jìn)一步地，所述的分析電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站時(shí)間間隔和充電時(shí)長(zhǎng)的分布規(guī)律，包括：

記錄已投運(yùn)一定時(shí)間的電動(dòng)出租車(chē)快充站的運(yùn)營(yíng)時(shí)段、電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站充電時(shí)間點(diǎn)、接受充電時(shí)間長(zhǎng)度、充電前后電池的荷電狀態(tài)；

根據(jù)電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段電動(dòng)出租車(chē)的到站時(shí)間間隔，對(duì)各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的到站時(shí)間間隔數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)電動(dòng)出租車(chē)的到站時(shí)間間隔符合負(fù)指數(shù)分布；對(duì)電動(dòng)出租車(chē)在站內(nèi)各時(shí)段的充電時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到充電時(shí)長(zhǎng)符合正態(tài)分布。

進(jìn)一步地，所述的確定電動(dòng)出租車(chē)快充站的站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型，包括：

采用多服務(wù)臺(tái)等待制M/G/s排隊(duì)模型描述電動(dòng)出租車(chē)快充站服務(wù)系統(tǒng)，對(duì)電動(dòng)出租車(chē)快充站服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，設(shè)在M/G/s排隊(duì)模型中，用戶的輸入過(guò)程服從參數(shù)為λ的Poisson分布，單位時(shí)間內(nèi)到站充電的車(chē)輛的數(shù)量為λ，充電車(chē)輛的進(jìn)站充電時(shí)間間隔為1/λ；充電車(chē)輛的充電時(shí)長(zhǎng)服從正態(tài)分布，假設(shè)μ為單位時(shí)間內(nèi)能完成充電的車(chē)輛數(shù)量，即1/μ為充電車(chē)輛的充電時(shí)長(zhǎng)；電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定以后，電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)達(dá)到進(jìn)出平衡，用方程表示為：

其中，p_n(n＝0,1,2,…)表示系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)后排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)為n的概率分布；λ_n為狀態(tài)為n的電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)到下一輛充電車(chē)輛到達(dá)時(shí)刻止的到達(dá)率；μ_n為狀態(tài)為n的電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)到下一輛充電車(chē)輛離開(kāi)時(shí)刻止的平均服務(wù)率，有：

λ_n＝λn＝0,1,2,...

得到電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)的狀態(tài)概率為：

進(jìn)一步地，所述的基于所述站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型測(cè)算單位時(shí)間的站內(nèi)投資成本和用戶時(shí)間成本，包括：

(1)計(jì)算所述M/G/s排隊(duì)模型的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，用ρ表示電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)中正在接受充電服務(wù)的充電車(chē)輛的平均數(shù)量，即快充站的服務(wù)率為對(duì)于有s個(gè)充電樁的電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)，用ρ_s表示充電樁的裝置利用率：

在電動(dòng)出租車(chē)等待制排隊(duì)模型中，要求電動(dòng)出租車(chē)的平均到達(dá)率小于電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均服務(wù)率，才能使電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡，即ρ_s＜1；

p₀為所有充電樁都處于空閑的概率，p₀與站內(nèi)充電設(shè)施的同時(shí)工作系數(shù)K負(fù)相關(guān)，在p₀<0.05下，K取值為1；計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)的裝置空閑率：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均排隊(duì)長(zhǎng)度L_q：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均等候隊(duì)長(zhǎng)L_s：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均排隊(duì)時(shí)間W_q：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均等候時(shí)間W_s：

(2)計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)商投資成本F_sk；

式中，C_td為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)非充電車(chē)位土地的成本；C_yu為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)運(yùn)營(yíng)成本；C_zm為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)照明辦公用電的配電成本；r為電動(dòng)出租車(chē)快充站的運(yùn)營(yíng)年限；S_e為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)照明辦公用電總?cè)萘?；a為單位配電容量的配電成本；β為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)變壓器最佳負(fù)載率；s_k為快充站k內(nèi)充電設(shè)施數(shù)目；C_gm為單個(gè)充電設(shè)施的購(gòu)買(mǎi)成本；C_wa為單個(gè)充電設(shè)施的維護(hù)安裝成本；C_cw為單個(gè)充電設(shè)施配套充電車(chē)位的土地成本；C_pd為單個(gè)充電設(shè)施的配電成本；P為單個(gè)充電設(shè)施功率；η為充電設(shè)施的工作效率；為充電設(shè)施的功率因數(shù)；

(3)計(jì)算快充站k內(nèi)用戶逗留時(shí)間成本F_wk：

式中，C_w為電動(dòng)出租車(chē)司機(jī)的平均出行時(shí)間成本；H_ki為快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i(i＝1,2,…,n)到站充電的電動(dòng)出租車(chē)車(chē)次；W_qki為各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的平均排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)；T_ki為快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i的時(shí)間長(zhǎng)度；τ為電動(dòng)出租車(chē)的平均充電時(shí)長(zhǎng)(h)。

進(jìn)一步地，所述的基于所述站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型、站內(nèi)投資成本和用戶時(shí)間成本，確定站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，包括：

以電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)投資成本以及用戶時(shí)間成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)，將各項(xiàng)成本都?xì)w算成每小時(shí)的成本，得到充電設(shè)施配置優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)：

minF_k＝F_sk+F_wk

式中，F(xiàn)_k為快充站k內(nèi)總成本；

確定約束條件，對(duì)于電動(dòng)出租車(chē)快充站k，在固定的運(yùn)營(yíng)時(shí)段T_ki內(nèi)，到站充電的H_ki輛車(chē)的總充電需求占這段時(shí)間內(nèi)站內(nèi)s_k個(gè)充電設(shè)施的輸入電能的比例為該時(shí)段電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)的負(fù)荷利用率：

式中，p_ut(ki)表示快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i的充電設(shè)施的負(fù)荷利用率，ρ_s(ki)表示快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i的充電設(shè)施的裝置利用率；對(duì)站內(nèi)的裝置利用率做出限制以保證電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電經(jīng)濟(jì)性：

p_ki≥p_t

式中，p_ki為快充站k內(nèi)第i個(gè)時(shí)段的裝置利用率；p_t為裝置利用率的最低限定值；

從用戶心理角度，考慮用戶能夠忍受的排隊(duì)時(shí)間：

W_qki≤W_t

式中，W_qki為快充站k內(nèi)第i個(gè)時(shí)段的排隊(duì)時(shí)間；W_t為用戶能夠容忍的最大排隊(duì)時(shí)間；

考慮快充站k的配電容量限制：

S_Nk≤S_tk

式中，S_Nk為快充站k的配電容量；S_tk為快充站k的配電容量上限值；

考慮快充站的占地面積約束，將占地面積約束條件轉(zhuǎn)化為站內(nèi)充電車(chē)位的約束條件也即充電設(shè)施的數(shù)目約束：

s_k≤s_tk

式中，s_k為快充站k的充電設(shè)施數(shù)目；s_tk為快充站k的充電設(shè)施數(shù)目上限值。

進(jìn)一步地，所述的基于所述站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型，求解得到站內(nèi)充電設(shè)施的最優(yōu)配置數(shù)量，包括：

在電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電容量和占地面積均受限制的情況下，加入對(duì)各個(gè)快充站配電容量和設(shè)施數(shù)目的約束條件,建立電動(dòng)出租車(chē)快充站的站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型：

結(jié)合邊際成本算法和相應(yīng)約束條件對(duì)所述站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到快充站的最優(yōu)充電機(jī)配置數(shù)量s*：

進(jìn)一步地，所述的根據(jù)所述站內(nèi)充電設(shè)施的最優(yōu)配置數(shù)量計(jì)算出所述電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電容量，包括：

電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電容量S_Nk的計(jì)算公式如下：

K_k為快充站k站內(nèi)充電設(shè)施的同時(shí)工作系數(shù)，在p_ki<0.05的情況下，K_k取值為1。

由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施配置及定容方法考慮了配電經(jīng)濟(jì)性，明確了裝置利用率與配置經(jīng)濟(jì)性的聯(lián)系關(guān)系，將裝置利用率這一衡量經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的重要因素作為站內(nèi)設(shè)施配置優(yōu)化模型的一個(gè)約束條件，有利于提高充電站配置的經(jīng)濟(jì)性。此外將充電站的占地面積限制轉(zhuǎn)化為充電樁的數(shù)量限制，將其作為站內(nèi)設(shè)施配置優(yōu)化模型的一個(gè)約束條件，有利于提高發(fā)明的工程應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)排隊(duì)現(xiàn)象說(shuō)明圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電動(dòng)出租車(chē)快充站技術(shù)方案流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種站內(nèi)設(shè)施配置優(yōu)化模型求解程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱(chēng)元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種確定站內(nèi)充電設(shè)施配置數(shù)量和快充站配電容量的方法，解決了電動(dòng)出租車(chē)快充站的負(fù)荷利用率低、配電經(jīng)濟(jì)性差、設(shè)施數(shù)量配置不合理等問(wèn)題。兼顧用戶和投資者兩個(gè)方面，考慮電動(dòng)出租車(chē)快充站服務(wù)系統(tǒng)的特殊性和分時(shí)段運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，全面有效地保證快充站設(shè)施配置的合理經(jīng)濟(jì)性。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)排隊(duì)現(xiàn)象說(shuō)明圖，如圖1所示，電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)的電動(dòng)出租車(chē)進(jìn)站、排隊(duì)、充電、離開(kāi)的整個(gè)過(guò)程中存在排隊(duì)現(xiàn)象，用戶進(jìn)站之后如果有空閑的充電設(shè)施，那么該用戶無(wú)需排隊(duì)，直接到該充電車(chē)位進(jìn)行充電；如果用戶進(jìn)站后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有空閑的充電設(shè)施，則需要排隊(duì)直至有車(chē)輛充電完畢離站，用戶排隊(duì)的規(guī)則一般遵循先到先服務(wù)?；诖诉^(guò)程，在本文的研究中將采用排隊(duì)理論研究站內(nèi)的充電服務(wù)系統(tǒng)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施配置及定容方法的處理流程，包括以下步驟：

步驟1、分析電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站時(shí)間間隔和充電時(shí)長(zhǎng)的分布規(guī)律，確定站內(nèi)排隊(duì)模型的類(lèi)型；

步驟2、基于站內(nèi)排隊(duì)模型測(cè)算單位時(shí)間的站內(nèi)投資成本和用戶時(shí)間成本；

步驟3、基于所述站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型、站內(nèi)投資成本、用戶時(shí)間成本和成本計(jì)算方法，確定站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

步驟4、基于站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型，求解得到站內(nèi)充電設(shè)施的最優(yōu)配置數(shù)量；

步驟5、根據(jù)快充站內(nèi)的設(shè)施最優(yōu)配置數(shù)量計(jì)算快充站配電容量。

所述的步驟1中的分析電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站時(shí)間間隔和充電時(shí)長(zhǎng)的分布規(guī)律確定站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型的具體處理過(guò)程包括如下：

(1)分析已投運(yùn)較長(zhǎng)時(shí)間的電動(dòng)出租車(chē)快充站，記錄其運(yùn)營(yíng)時(shí)段、電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站充電時(shí)間點(diǎn)、接受充電時(shí)間長(zhǎng)度、充電前后電池的荷電狀態(tài)。上述記錄的各種數(shù)據(jù)可以是一段時(shí)間內(nèi)的平均值；

(2)根據(jù)電動(dòng)出租車(chē)的進(jìn)站時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段電動(dòng)出租車(chē)的到站時(shí)間間隔，對(duì)各個(gè)到站時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)電動(dòng)出租車(chē)的到站時(shí)間間隔符合負(fù)指數(shù)分布；對(duì)電動(dòng)出租車(chē)在站內(nèi)的充電時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到充電時(shí)長(zhǎng)符合正態(tài)分布。

(3)快充站可以滿足其服務(wù)范圍內(nèi)所有電動(dòng)出租車(chē)充電需求，站內(nèi)設(shè)有多個(gè)服務(wù)臺(tái)且相互獨(dú)立工作，則電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)的服務(wù)系統(tǒng)符合M/G/s(多服務(wù)臺(tái)等待制)排隊(duì)模型的核心特征，因此采用M/G/s排隊(duì)模型描述電動(dòng)出租車(chē)快充站的服務(wù)系統(tǒng)。

(4)對(duì)電動(dòng)出租車(chē)快充站的服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，設(shè)在M/G/s排隊(duì)模型中，用戶的輸入過(guò)程服從參數(shù)為λ的Poisson分布，單位時(shí)間內(nèi)到站充電的車(chē)輛的數(shù)量為λ，即充電車(chē)輛的進(jìn)站充電時(shí)間間隔為1/λ；用戶(電動(dòng)汽車(chē))的充電時(shí)長(zhǎng)服從正態(tài)分布，假設(shè)μ為單位時(shí)間內(nèi)能完成充電的車(chē)輛數(shù)量，即1/μ為充電車(chē)輛的充電時(shí)長(zhǎng)；系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定以后，站內(nèi)服務(wù)系統(tǒng)達(dá)到進(jìn)出平衡，可以用方程表示為：

其中，p_n(n＝0,1,2,…)表示系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)后排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)為n的概率分布；λ_n為狀態(tài)為n的系統(tǒng)到下一輛充電車(chē)輛到達(dá)時(shí)刻止的到達(dá)率；μ_n為狀態(tài)為n的系統(tǒng)到下一輛充電車(chē)輛離開(kāi)時(shí)刻止的平均服務(wù)率，這些參數(shù)描述了快充站內(nèi)排隊(duì)系統(tǒng)的輸入過(guò)程以及服務(wù)過(guò)程的特征。有：

λ_n＝λn＝0,1,2,...

可以得到系統(tǒng)的狀態(tài)概率為：

上述步驟2中的基于站內(nèi)排隊(duì)模型測(cè)算單位時(shí)間的站內(nèi)投資成本和用戶時(shí)間成本的具體處理過(guò)程包括：

(1)計(jì)算M/G/s排隊(duì)模型的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，用ρ表示電動(dòng)出租車(chē)快充站系統(tǒng)中正在接受充電服務(wù)的充電車(chē)輛的平均數(shù)量，即快充站的服務(wù)率為對(duì)于有s個(gè)充電樁的電動(dòng)出租車(chē)快充站服務(wù)系統(tǒng)，用ρ_s表示充電樁的裝置利用率：

在電動(dòng)出租車(chē)等待制排隊(duì)模型中，要求電動(dòng)出租車(chē)的平均到達(dá)率小于電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均服務(wù)率，才能使系統(tǒng)達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡，即ρ_s＜1。

p₀為所有充電樁都處于空閑的概率，p₀與站內(nèi)充電設(shè)施的同時(shí)工作系數(shù)K負(fù)相關(guān)，在p₀很小的情況(p₀<0.05)下，K取值為1；計(jì)算裝置空閑率：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均排隊(duì)長(zhǎng)度L_q：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均等候隊(duì)長(zhǎng)L_s：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均排隊(duì)時(shí)間W_q：

計(jì)算電動(dòng)出租車(chē)快充站的平均等候時(shí)間W_s：

(2)計(jì)算快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)商投資成本F_sk，F(xiàn)_sk一部分包括電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)非充電車(chē)位土地的成本、站內(nèi)運(yùn)營(yíng)成本、電動(dòng)出租車(chē)快充站照明辦公用電的配電成本，這個(gè)部分的成本是定值；另一部分包括了站內(nèi)充電樁的購(gòu)買(mǎi)與維護(hù)安裝費(fèi)用、充電設(shè)施配套的充電車(chē)位土地費(fèi)用、充電設(shè)施所需配電費(fèi)用，這部分成本會(huì)隨著站內(nèi)充電設(shè)施的功率和數(shù)量發(fā)生變化，

式中，C_td為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)非充電車(chē)位土地的成本(元)；C_yu為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)運(yùn)營(yíng)成本(元)；C_zm為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)照明辦公用電的配電成本(元)；r為電動(dòng)出租車(chē)快充站的運(yùn)營(yíng)年限(年)；S_e為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)照明辦公用電總?cè)萘?kVA)；a為單位配電容量的配電成本(元/kVA)；β為電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)變壓器最佳負(fù)載率。s_k為快充站k內(nèi)充電設(shè)施數(shù)目(個(gè))；C_gm為單個(gè)充電設(shè)施的購(gòu)買(mǎi)成本(元)；C_wa為單個(gè)充電設(shè)施的維護(hù)安裝成本(元)；C_cw為單個(gè)充電設(shè)施配套充電車(chē)位的土地成本(元)；C_pd為單個(gè)充電設(shè)施的配電成本(元)；P為單個(gè)充電設(shè)施功率(kW)；η為充電設(shè)施的工作效率；為充電設(shè)施的功率因數(shù)；

(3)計(jì)算快充站k內(nèi)用戶逗留時(shí)間成本F_wk，步驟1部分的分析得知電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)間可能是不連續(xù)的，需要對(duì)各段時(shí)間的用戶等待時(shí)間分別計(jì)算后進(jìn)行加權(quán)求取該電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)單位時(shí)間的用戶時(shí)間成本，建立分時(shí)段運(yùn)營(yíng)電動(dòng)出租車(chē)快充站用戶時(shí)間成本計(jì)算模型：

式中，C_w為電動(dòng)出租車(chē)司機(jī)的平均出行時(shí)間成本(元/h)，可以根據(jù)出租車(chē)司機(jī)的月收入和月工作時(shí)間折合求得；H_ki為快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i(i＝1,2,…,n)到站充電的電動(dòng)出租車(chē)車(chē)次(輛)；W_qki為各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的平均排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)(h)；T_ki為快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i的時(shí)間長(zhǎng)度(h)；τ為電動(dòng)出租車(chē)的平均充電時(shí)長(zhǎng)(h)。

上述步驟3中的基于所述站內(nèi)排隊(duì)模型類(lèi)型和成本計(jì)算方法，確定站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件的具體處理過(guò)程包括：

(1)確定以電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)投資成本以及用戶時(shí)間成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)，將各項(xiàng)成本都?xì)w算成每小時(shí)的成本(元/h)，得到充電設(shè)施配置優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)：

minF_k＝F_sk+F_wk

式中，F(xiàn)_k為快充站k內(nèi)總成本。

(2)確定約束條件，首先定義一個(gè)負(fù)荷利用率的概念，對(duì)于電動(dòng)出租車(chē)快充站k，在固定的運(yùn)營(yíng)時(shí)段T_ki內(nèi)，到站充電的H_ki輛車(chē)的總充電需求占這段時(shí)間內(nèi)站內(nèi)s_k個(gè)充電設(shè)施的輸入電能的比例即為該時(shí)段電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)的負(fù)荷利用率：

式中，p_ut(ki)表示快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i的充電設(shè)施的負(fù)荷利用率。容易證明站內(nèi)充電設(shè)施的負(fù)荷利用率等于裝置利用率：

式中，ρ_s(ki)表示快充站k內(nèi)運(yùn)營(yíng)時(shí)段i的充電設(shè)施的裝置利用率。對(duì)站內(nèi)的裝置利用率做出限制以保證電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電經(jīng)濟(jì)性：

p_ki≥p_t

式中，p_ki為快充站k內(nèi)第i個(gè)時(shí)段的裝置利用率；p_t為裝置利用率的最低限定值。

從用戶心理角度，考慮用戶可以忍受的排隊(duì)時(shí)間：

W_qki≤W_t

式中，W_qki為快充站k內(nèi)第i個(gè)時(shí)段的排隊(duì)時(shí)間(h)；W_t為用戶可以容忍的最大排隊(duì)時(shí)間(h)。

考慮快充站的配電容量限制：

S_Nk≤S_tk

式中，S_Nk為快充站k的配電容量(MVA)；S_tk為快充站k的配電容量上限值(MVA)。

考慮快充站的占地面積約束，將占地面積約束條件轉(zhuǎn)化為站內(nèi)充電車(chē)位的約束條件也即充電設(shè)施的數(shù)目約束：

s_k≤s_tk

式中，s_k為快充站k的充電設(shè)施數(shù)目；s_tk為快充站k的充電設(shè)施數(shù)目上限值。此約束條件應(yīng)考慮裝置數(shù)目的取整性。

上述步驟4中的基于站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立站內(nèi)充電設(shè)施配置優(yōu)化模型，求解得到站內(nèi)充電設(shè)施的最優(yōu)配置數(shù)量的具體處理過(guò)程包括：

(1)建立應(yīng)用優(yōu)化模型。在快充站的配電容量和占地面積均受限制的情況下，需要加入對(duì)各個(gè)快充站配電容量和設(shè)施數(shù)目的約束條件：

(2)結(jié)合邊際成本算法和相應(yīng)約束條件進(jìn)行求解：

可求得快充站的最優(yōu)充電機(jī)配置數(shù)量s*，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種站內(nèi)設(shè)施配置優(yōu)化模型求解程序流程圖。

上述步驟5中的根據(jù)快充站內(nèi)的設(shè)施最優(yōu)配置數(shù)量計(jì)算快充站配電容量的具體處理過(guò)程包括：

S_Nk為電動(dòng)出租車(chē)快充站的配電容量，K_k為快充站k站內(nèi)充電設(shè)施的同時(shí)工作系數(shù)，在站內(nèi)裝置空閑率很低(p_ki<0.05)的情況下，K_k取值為1。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)出租車(chē)快充站內(nèi)充電設(shè)施的配置及定容方法考慮了配電經(jīng)濟(jì)性，明確了裝置利用率與配置經(jīng)濟(jì)性的聯(lián)系關(guān)系，將裝置利用率這一衡量經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的重要因素作為站內(nèi)設(shè)施配置優(yōu)化模型的一個(gè)約束條件，有利于提高充電站配置的經(jīng)濟(jì)性。此外將充電站的占地面積限制轉(zhuǎn)化為充電樁的數(shù)量限制，將其作為站內(nèi)設(shè)施配置優(yōu)化模型的一個(gè)約束條件，有利于提高發(fā)明的工程應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)電動(dòng)出租車(chē)這一特殊車(chē)型的出行規(guī)律進(jìn)行分析，采用M/G/s排隊(duì)模型更適用于電動(dòng)出租車(chē)這一特殊車(chē)型進(jìn)行快充站內(nèi)充電設(shè)施配置。本發(fā)明考慮電動(dòng)出租車(chē)快充站分時(shí)段運(yùn)營(yíng)特性，提出分時(shí)段運(yùn)營(yíng)充電站的用戶時(shí)間成本計(jì)算方法。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。

通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤(pán)等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。