近年來(lái)，公交系統(tǒng)中電動(dòng)公交車(chē)已成規(guī)?；l(fā)展趨勢(shì)。以河北省為例，規(guī)劃2019年更換及新增的城市公交車(chē)中純電動(dòng)公交車(chē)占比達(dá)到80%。與私家電動(dòng)車(chē)及其他社會(huì)電動(dòng)車(chē)不同，電動(dòng)公交充電需求與公交路網(wǎng)站點(diǎn)分布和公交行車(chē)調(diào)度密切關(guān)聯(lián)，其特有的時(shí)空分布特征對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃的影響不容小覷，空間上在城市配網(wǎng)核心功能區(qū)聚集度高；時(shí)間上與電網(wǎng)日間峰荷重疊，負(fù)荷同時(shí)率高。

城市電動(dòng)公交示范建設(shè)初期，一般選擇在具有一定停車(chē)位容量的公交線路首末站布局公交充電站。這種簡(jiǎn)易規(guī)劃思路，不利于提高充電網(wǎng)絡(luò)利用率，并使配網(wǎng)升級(jí)改造投資被動(dòng)適應(yīng)充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量充電站規(guī)劃研究，并取得了有益的進(jìn)展。規(guī)劃中，充電需求?；诼肪W(wǎng)交通車(chē)流信息預(yù)測(cè)或采用油-電折算的方法估算；結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)行駛特征，可更精細(xì)化仿真充電需求。目前，融合公交路網(wǎng)和公交調(diào)度多維信息的公交充電需求仿真預(yù)測(cè)研究尚不成熟，充電需求分析主要用于充電和換電模式下公交充電站的運(yùn)行策略優(yōu)化。

文獻(xiàn)[7]只考慮公交日行駛總電量需求平衡；文獻(xiàn)[8]基于動(dòng)態(tài)采集的公交到站、離站時(shí)間和車(chē)載電池SOC狀態(tài)分析充電需求；文獻(xiàn)[9]基于發(fā)車(chē)時(shí)刻信息和環(huán)境溫度仿真公交充電需求。快充模式下，電動(dòng)公交車(chē)載電池容量較小、充電功率大、日間充電頻次多，充電需求影響大且仿真預(yù)測(cè)難度大。

與慢充和換電模式相比，快充模式電動(dòng)公交具有單位里程耗電量少、充電時(shí)間短、車(chē)輛及電池容量配置需求少的優(yōu)勢(shì)，本文側(cè)重針對(duì)快充電動(dòng)公交系統(tǒng)研究充電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃。

針對(duì)電動(dòng)公交的充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型及求解方法研究尚少。文獻(xiàn)[11]針對(duì)換電模式，研究充、換電設(shè)施和所需電池?cái)?shù)量的規(guī)劃。文獻(xiàn)[12]研究城市公交充電設(shè)施選址優(yōu)化，優(yōu)化中計(jì)及一個(gè)公交充電站服務(wù)多條線路的經(jīng)濟(jì)性，以及不同位置充電站接入上級(jí)電網(wǎng)的便捷性差異。

已有的充電站優(yōu)化規(guī)劃相關(guān)文獻(xiàn)中，目標(biāo)函數(shù)選取充電站投資成本和運(yùn)行成本最小、電動(dòng)汽車(chē)用戶的充電成本最小，或者同時(shí)考慮用戶支出、充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力以及配電網(wǎng)損耗成本等多方利益進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化規(guī)劃。

針對(duì)充電站選址優(yōu)化模型的求解，文獻(xiàn)[15]采用分支定界法求解混合整數(shù)線性規(guī)劃模型；文獻(xiàn)[17-21]采用智能算法或改進(jìn)的智能算法求解；文獻(xiàn)[22,23]采用Pareto前沿分析求解多目標(biāo)規(guī)劃。城市中大規(guī)模電動(dòng)公交充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問(wèn)題屬于復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題，本文采用線性規(guī)劃思路建模和求解，避免智能算法可能陷入局部最優(yōu)解的劣勢(shì)。

綜上，本文旨在面向城市規(guī)?；斐涔幌到y(tǒng)，研究高效、低成本公交充電服務(wù)網(wǎng)的規(guī)劃模型及求解算法。第一階段，根據(jù)公交路網(wǎng)及其調(diào)度需求，建立時(shí)序模型細(xì)化模擬公交充電需求；第二階段，以公交公司、充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者和電網(wǎng)企業(yè)因公交電氣化付出的社會(huì)總成本最小化為目標(biāo)，考慮充電需求點(diǎn)、充電站點(diǎn)、電氣接入點(diǎn)間的支撐約束，建立公交充電服務(wù)網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃模型，并轉(zhuǎn)換成混合整數(shù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解，提高求解效率和精度。

結(jié)論

隨著電動(dòng)公交大規(guī)模推廣，公交快充服務(wù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃研究具有重要意義。傳統(tǒng)思路下，直接在公交線路首末站布局快充電站的思路過(guò)于簡(jiǎn)單。本文模型基于對(duì)快充模式下公交充電需求的精細(xì)仿真分析，綜合考慮公交場(chǎng)站、候選快充站點(diǎn)以及電氣接入點(diǎn)的分布特征，以支撐電動(dòng)公交快充服務(wù)的總成本投入最小為優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)公交充電需求點(diǎn)-公交快充站點(diǎn)-電網(wǎng)接入點(diǎn)間連結(jié)關(guān)系的優(yōu)化規(guī)劃。

針對(duì)某城區(qū)內(nèi)19條公交線路全部替換為電動(dòng)公交的規(guī)劃場(chǎng)景，應(yīng)用本模型開(kāi)展實(shí)例公交快充網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案研究，優(yōu)化決策出快充站點(diǎn)的數(shù)量、選址、快充樁數(shù)量配置，以及公交場(chǎng)站與快充站點(diǎn)的服務(wù)歸集關(guān)系。

算例分析表明：快充模式下，電動(dòng)公交充電需求規(guī)模較大，且高峰充電需求在日間有分布；考慮公交路網(wǎng)和調(diào)度特征約束與電網(wǎng)接入能力約束后，采用本文模型優(yōu)化規(guī)劃公交快充網(wǎng)絡(luò)，可減少充電站投資成本以及充電負(fù)荷接入對(duì)電網(wǎng)新增投資需求的推動(dòng)。

通過(guò)與常規(guī)思路下規(guī)劃方案比對(duì)，優(yōu)化規(guī)劃方案節(jié)約了29%的社會(huì)總成本，驗(yàn)證了規(guī)劃模型的可行性與有效性，有利于更好地支撐建設(shè)高效低成本的公交充電網(wǎng)絡(luò)，助力電動(dòng)公交大范圍推廣。