本发明属于电动汽车充电站容量规划技术领域，尤其涉及一种基于排队论最佳费用模型的高校充电设施定量方法。
背景技术：
近年来，环境污染的加剧和电池技术的发展推动着电动汽车行业的不断进步。充电基础设施作为电动汽车行业的重要一环，其规划理论与方法一直是近年来的研究热点问题之一。电动汽车充电基础设施由于兼具停车与充换电双重功能属性，不能仅仅依赖传统的停车预测进行规划。而高校不同于一般商业用地和居住用地，其独特的多重用地性质也需要规划理论人员进行深入研究与探讨。
本发明从电动汽车的停车需求出发，即电动汽车的渗透率，进而考虑到电动汽车的充电需求建立双层模型，进行充电设施的预测及规划。上层模型为高校电动汽车的停车需求预测，下层模型为基于排队论的充电设施计算模型。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于排队论最佳费用模型的高校充电设施定量方法，包括以下步骤：
步骤1:对高校电动汽车停车需求预测；
步骤2:对电动汽车充电设施的排队模型建立；
步骤3：将充电设施排队系统单位时间的最优费用效益模型分为白天费用模型与夜晚费用模型，其中各费用模型包括充电设施服务费用和电动汽车排队等待费两部分，并将两部分费用模型进行归一化处理；
步骤4：使用边际分析法求解，通过对模型输入不同的s值，令：
fs<fs+1且fs<fs-1，
得到该模型最优解；上式中，fs为充电总费用。
更进一步的，所述步骤1具体为：
步骤1.1:结合当前政策、产业现状对高校电动汽车渗透率进行预测；
步骤1.2:结合高校具体人员配置、生活区住宅配置情况对高校电动汽车停车需求进行预测。
更进一步的，所述步骤2具体为：
步骤2.1:确定电动汽车到达率λ、充电基础设施服务率μ；
步骤2.2:计算得出充电设施空闲的概率：
步骤2.3:计算得出等待服务的平均排队数：
步骤2.4:计算得出系统中的平均车辆数：ls＝lq+ρ；
步骤2.5:计算得出每辆车平均等待服务时间：
步骤2.6:计算得出系统中每辆车平均消耗时间：
更进一步的，所述步骤3具体为：
步骤3.1：得到白天费用模型为f白＝c1*s+c白*ls白；
上式中，c白为白天单位时间内单辆电动汽车的排队等待费用系数，ls白为白天排队系统中的平均车辆数；
步骤3.2：得到夜间费用模型为f夜＝c1*s+c夜*ls夜；
上式中，f夜为夜晚排队系统单位时间总费用，c夜为夜晚单位时间内单辆电动汽车的排队等待费用系数，ls夜为夜晚排队系统中的平均车辆数，c1为单位时间内单个充电设施的服务费用系数；
步骤3.3：得到总费用模型为f＝ω白*f白+ω夜*f夜；
上式中，f为排队系统单位时间总费用；f白为白天排队系统单位时间总费用；f夜为夜晚排队系统单位时间总费用；ω白为白天排队系统单位时间总费用归一化系数；ω夜为夜晚排队系统单位时间总费用归一化系数。
本发明有益效果为：本发明从电动汽车的停车需求出发，即电动汽车的渗透率，进而考虑到电动汽车的充电需求建立双层模型，进行充电设施的预测及规划。上层模型为高校电动汽车的停车需求预测，下层模型为基于排队论的充电设施计算模型。对于高校充电设施规划设计具有很高的参考价值。
具体实施方式
以某高校为例，进一步说明实施方案。
步骤1.1、结合当前政策、产业现状对高校电动汽车渗透率进行预测。综合考虑高校电动汽车渗透率相关影响因素，取该高校教职工电动汽车渗透率α白为5％，生活区电动汽车渗透率α夜为3％。
步骤1.2、预测2020年该校教职工电动汽车保有量为32辆，生活区电动汽车保有量为45辆。
步骤2、得到该模型参数。到达校园的机动车数量服从泊松分布。根据电动汽车保有量预测2020年白天电动汽车到达率λ1为4.5辆/小时，夜晚到达率λ2为6.4辆/小时。由于目前市场常见交流式充电桩充满80％的电量耗时约40分钟。所以充电设施服务率取1.5个/小时。
步骤3、得到费用效益模型参数。
参考已有研究成果，取充电设施平均建设费用为2.5万元/个。以7年使用寿命，残值率5％，使用率40％计算，充电设施折旧率为3.26元/小时。
充电设施运营维护费参考目前行业运营状况，每个充电桩运营维护费取0.45元/小时。
我国高校设置的充电设施用电执行“一般工商业及其他”类用电价格。参考国家电网定价，1-20千伏的一般工商业及其他用电电价为0.8216元/千瓦时。充电桩额定功率取市场最常见的15kw，则每个充电桩充电电费单价为12.32元/小时。
考虑白天与夜晚停车需求数量及时长因素，取ω白、ω夜分别为0.45、0.55。
得到模型计算结果如下表：
通过比对发现，最优充电设施数量s为7。