基于出行链理论的电动汽车充电需求分析开题报告
一、研究背景和意义
近年来，世界社会经济的发展面临着化石能源供应短缺、生态环境日益恶化等严峻挑战，国内雾霾问题愈演愈烈，人类生存环境受到严重威胁。能源与环境问题已经成为各国急需解决的重大战略问题。城市空气污染的重要来源之一为汽车尾气排放，因此，交通领域的能源转型成为了世界各国普遍确立为实施能源持续利用战略和低碳经济转型的有效途径和重要措施。电动汽车因其无分散污染利于治理、用能清洁的巨大优势，逐渐受到世界各国的重视，大力发展电动汽车成为实现交通领域能源全面转型的重要手段。电动汽车产业的发展需要有完善的充电设施体系来保障。随着电动汽车规模的逐步扩大，充电设施建设将面临巨大的问题：如何科学地得到城市区域内的充电桩需求量，以及如何合理地将充电桩在区域间进行分配。因此，进行合理的电动汽车充电桩需求分析，对于未来电动汽车产业的发展与推广具有重要意义。
由于污染问题和能源问题的日益加重，新能源成为人们越来越关注的话题。电动汽车是新能源汽车的主要发展方向，更是成为国内外汽车产业发展的热点，国家政策的导向也越来越明显。因此电动汽车的发展速度日益加快，即将逐步迈入产业化阶段。但由于电动汽车用户需求和行为的不确定性与相互差异，未来电动汽车充电需求也将更加不确定，将给电网的安全运行和优化调度带来困难。所以我们要建立有效的电动汽车充电负荷预测模型，为分析电动汽车充电负荷带来的影响和电动汽车广泛接入电网的调控策略制订打下基础。
二、国内外研究现状
此时国内外针对电动汽车充电负荷建模研究主要集中在基于电动汽车使用出行需求的蒙特卡洛模拟法，也有部分研究者通过研究电动汽车充电特性来确定充电设施数量。我也准备选择用蒙特卡洛模拟法以及在出行链理论的基础上去分析电动汽车的充电需求。
作为现今新能源出行的研究方向的热点，关于电动汽车充电需求的分析的研究也很多，根据老师提供的文献以及额外的查找，选取了几篇文献作为参考。文献[1]建立了电动汽车功率需求的统计学模型，用蒙特卡洛仿真方法求得单台电动汽车功率需求的期望和标准差，进而给出多台电动汽车总体功率需求的计算方法，考虑了充电起始时间和日行驶里程两个影响因素，但假设认为车辆最后一次返家时刻即为充电起始时间，这将充电频率限制在了一天一充模式，文献同时假设每百公里耗电量为固定值，然而电动汽车实际使用中一天可能会出现多次充电情况，电动汽车每百公里耗电也会随着气温、路况等因素发生变化，而非固定值。文献[2]针对公交车、公务车、出租车和家用车等四种电动汽车类型建立其充电负荷计算模型，但作者建模是以对各类型电动汽车设定固定的充电模式为前提，充电时间按车辆类型不同设定为服从均匀分布、直角梯形分布和正态分布等，其考虑的另一主要随机因素起始荷电状态同样基于主观假设为简单服从正态分布，这需要对电动汽车用户驾驶行为的进一步调研与深入分析。文献[3]和文献[1]一样基于日行驶里程数据，但考虑不同电池容量类型的电动汽车，假设充电起始时间为车辆最后一次返家时刻，文中考虑了不同充电功率水平的充电负荷模型。文献[4]在探究大量电动汽车并网充电动态物理过程的基础上，通过建立描述该动态物理过程的数学方程来计算充电负荷，但作者对于电动汽车并网时的起始SOC 也仅是简单假设为服从正态分布。文献[5]首先结合出行链的概念，对出行链中各特征量(出行时刻、行驶时间、行驶里程、出行目的)的概率分布进行分析拟合；通过蒙特卡罗模拟法抽取样本，形成完整的出行链，实现用户出行行为的模拟；进而计算各功能区域的充电需求。以美国家庭出行调查为基础数据，进行了方法应用及案例分析。文献[6]通过对对充电桩接入小区电网的方式以及对电网的实际影响的调查，通过实际数据去分析充电桩接入电网的影响分析该如何接入电网。文献[7]分析了不同类型电动汽车用户的行为特性，建立了电动汽车功率需求模型，采用蒙特卡洛法预测了未来配电网中各类电动汽车负荷的时空分布规律，在此基础上提出了配电网对电动汽车适应能力的测评方法。以IEEE33 节点配电网应用为例，分析了电动汽车充电负荷在不同接入方式下对电网静态电压稳定裕度的影响。文献[8]详细介绍了出行链理论与蒙特卡洛模拟仿真，所用主要内容与文献[1]相似。文献[9]考虑到用户出行的便捷和充电站运营商的利益，提出一种电动汽车充电站最优规划模型。该模型充分考虑电动汽车用户的出行需求和选择决策行为，同时还给出基于改进的免疫遗传算法的模型求解算法。以某市城区为例，利用MATLAB 仿真，验证模型及算法的有效性。研究结果表明，由该模型求得的充电站建设方案能够有效地减少用户充电过程中的绕行距离，缩短耗费的时间，保证充电站的利用率及覆盖率；同时，还能提高充电站运营商的收益。文献[10]认为电动汽车充电站建设是推动新能源汽车发展的重要力量，据此而发展起来的电动汽车充电市场将是一个符合国家产业政策的新兴的、巨大市场。在我国充电市场前景分析的基础上，对政府、充电服务提供商、技术提供商等市场各利益相关方市场责任进行了分析，提出其初期培育需要各利益相关方通力合作，精心培育，通过利益共同体这一形式，才能共同降低风险，促进这一市场健康发展。仔细分析了电动汽车的前景市场和各部门以后所需做的事的分析。这篇文献可以用以结合现实基础上展望未来赖做出研究。还有其他一些文献采用的方法与这些文献类似，在此就不一一赘述。
总结上述文献在研究电动汽车充电负荷建模时只是简单给定了建模条件的电动汽车规模、起始SOC、起始充电时间和日行驶里程等几方面简单因素，与实际情况相差较大，研究大都忽视了充电负荷在时空上的随机性，对于电动汽车的出行分布预测、充电频率和充电场所多样性等方面考虑不够细致，预测方法还不成熟。可以提出一种基于出行链的电动汽车负荷预测方法，能统筹兼顾电动汽车数量、电池容量、充电功率水平、充电频率、充电场所、起始荷电状态和起始充电时间等因素，给出电动汽车充电负荷的时间和空间分布。
三、本课题的主要研究工作
