一种城市加氢站选址定容优化方法、系统、设备和介质与流程

本发明属于氢能产业基础设施规划领域，具体涉及一种城市加氢站选址定容优化方法、系统、设备和介质。

背景技术：

1、氢气被誉为21世纪有前途的清洁能源之一，在促进能源转型和可持续发展方面发挥着关键作用。随着全球氢能的开发利用和氢燃料电池技术的进步，氢燃料电池汽车以其零排放、高能量密度、快速加注和应用场景广泛的优势，已成为未来清洁能源运输的选择之一。加氢站作为向用户端输送氢气的关键基础设施，提供方便快捷的加氢服务，在支持氢燃料电池汽车推广方面发挥着至关重要的基础性作用。

2、目前加氢站常用的选址模型有两种，分别是点模型和流模型。点模型没有考虑到司机是在旅行过程中进行加注氢气的行为，规划结果往往是加氢站在家或工作场所附近。流模型则是由于其以捕获车流量为目标，而车流量并非加氢量，导致流模型无法应用于带容量的规划策略中。基于当前的选址模型的结果会存在加氢站数量不足、分布不合理等情况，有必要开展城市加氢站的位置和容量的优化研究。

技术实现思路

1、为了解决加氢站布局分布的局限性问题，本发明提供了一种城市加氢站选址定容优化方法、系统、设备和介质。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种城市加氢站选址定容优化方法，包括以下步骤：

4、获取交通网络数据和氢燃料电池汽车数据，所述交通网络数据包括网络拓扑结构、节点权重以及路段长度；根据所述网络拓扑结构和路段长度计算所述交通网络数据中所有起讫点od对的最短距离；根据所述节点权重计算od对的车流量；将所述od对的最短距离、od对的车流量以及氢燃料电池汽车数据转化为所有od对所需加注的氢气总量，即加氢需求od矩阵；

5、根据所述加氢需求od矩阵，以捕获最大加氢需求量为目标，建立加氢需求量目标函数；以最小化加氢站的年化综合成本为目标，建立加氢站的年化综合成本目标函数；

6、对所述加氢需求量目标函数和年化综合成本目标函数采用线性加权法，构建基于偏差需求捕获的城市加氢站选址定容模型；

7、对所述城市加氢站选址定容模型进行求解，得到城市加氢站的位置和容量

8、优选地，根据所述网络拓扑结构和路段长度计算所述交通网络数据中所有起讫点od对的最短距离；根据所述节点权重计算od对的车流量，具体包括以下步骤：

9、采用图论理论中的di jkstra算法，计算交通网络数据中所有od对的最短距离，并计算出所有偏差路径会经过的节点；所述起讫点od对表示某一运输或行程的出发点和到达点；

10、基于所述od对的最短距离采用双约束重力模型计算od对的车流量，具体为：

11、

12、式中，q是od对的索引，q是所有od对索引的集合；fq是od对q的车流量；po是起点o的车流量产生量；ad是终点d的交通吸引力；f(lq)是道路阻抗函数，与行程长度lq有关；ao和bd是均衡因子，计算如下：

13、

14、优选地，利用流量－需求转化模型将所述od对的最短距离、od对的车流量以及氢燃料电池汽车数据转化为所有od对所需加注的氢气总量，所述流量－需求转化模型具体为：

15、

16、demq＝proqqqfq，

17、式中，ε是加氢临界阈值，其值为百分比，proq为od对q的车辆需要加氢的可能性，其与行程长度lq成正比，与车辆满氢状态下的最大行驶范围r成反比，qq为车辆每次加氢时的氢气需求量，该值由加氢前车载剩余氢气量和车载最大氢气量fu决定，demq为该od对q的所需加注的氢气总量，即加氢需求od矩阵。

18、优选地，所述加氢需求量目标函数具体为：

19、

20、式中，yq是q的偏差路径被捕获的加氢需求的百分比。

21、优选地，所述加氢站的年化综合成本目标函数具体为：

22、

23、式中，c是所有加氢站的年化综合成本之和；cinv,j,a是j点加氢站的年化投资成本；cope,j是j点加氢站的年运营成本；xj是建站的决策变量。

24、优选地，所述基于偏差需求捕获的城市加氢站选址定容模型，具体为：

25、

26、f＝max(λf1-f2)，

27、式中，f1为最大化加氢需求捕获函数、f2为最小化年化综合成本函数，ph2是氢气的售卖价格；dope是加氢站的运营天数。

28、优选地，还包括对所述加氢需求量目标函数和年化综合成本目标函数设定约束条件。本发明还提供一种城市加氢站选址定容优化系统，具体包括：

29、数据获取模块，用于获取交通网络数据和氢燃料电池汽车数据，所述交通网络数据包括网络拓扑结构、节点权重以及路段长度；根据所述网络拓扑结构和路段长度计算所述交通网络数据中所有起讫点od对的最短距离；根据所述节点权重计算od对的车流量；将所述od对的最短距离、od对的车流量以及氢燃料电池汽车数据转化为所有od对所需加注的氢气总量，即加氢需求od矩阵。

30、目标建立模块，用于根据所述加氢需求od矩阵，以捕获最大加氢需求量为目标，建立加氢需求量目标函数；以最小化加氢站的年化综合成本为目标，建立加氢站的年化综合成本目标函数。

31、模型模块，用于对所述加氢需求量目标函数和年化综合成本目标函数采用线性加权法，构建基于偏差需求捕获的城市加氢站选址定容模型。

32、选址定容模块，用于对所述城市加氢站选址定容模型进行求解，得到城市加氢站的位置和容量。

33、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述一种城市加氢站选址定容优化方法中所述的步骤。

34、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器加载时，能够执行所述一种城市加氢站选址定容优化方法中所述的步骤。

35、本发明提供的一种城市加氢站选址定容优化方法具有以下有益效果：

36、获取交通网络数据和氢燃料电池汽车数据，根据交通网络数据计算交通网络中的od对的最短距离和od对的车流量，将获取的od对的最短距离、od对的车流量以及氢燃料电池汽车数据转化为加氢需求od矩阵，来捕获城市中基于偏差需求的加氢量使其应用于选址规划策略中，避免单独考虑车流量选址带来的加氢站数量和位置安排的不合理。基于加氢需求od矩阵建立捕获目标函数以及加氢站的年化综合成本目标函数，采用线性加权法构建基于偏差需求捕获的城市加氢站选址定容模型，得到城市加氢站的位置和容量。以需求偏差为目标建立模型所得到的加氢站的选址和容量配置，既能够满足实际需求，又能提升加氢站的覆盖水平和可靠性，降低建设和运营成本。

技术特征：

1.一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，根据所述网络拓扑结构和路段长度计算所述交通网络数据中所有起讫点od对的最短距离；根据所述节点权重计算od对的车流量，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，利用流量－需求转化模型将所述od对的最短距离、od对的车流量以及氢燃料电池汽车数据转化为所有od对所需加注的氢气总量，所述流量－需求转化模型具体为：

4.根据权利要求1所述的一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，所述加氢需求量目标函数具体为：

5.根据权利要求1所述的一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，所述加氢站的年化综合成本目标函数具体为：

6.根据权利要求1所述的一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，所述基于偏差需求捕获的城市加氢站选址定容模型，具体为：

7.根据权利要求1所述的一种城市加氢站选址定容优化方法，其特征在于，还包括对所述加氢需求量目标函数和年化综合成本目标函数设定约束条件。

8.一种城市加氢站选址定容优化系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器加载时，能够执行权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种城市加氢站选址定容优化方法、系统、设备和介质，属于氢能产业基础设施规划领域，包括：利用图论理论、双约束重力模型、流量－需求转化模型，将交通网络数据和氢燃料电池汽车数据转化为加氢需求OD矩阵；以捕获最大加氢需求量为目标，建立偏差需求捕获目标函数；以最小化加氢站的年化综合成本为目标，建立加氢站的年化综合成本目标函数；基于目标函数，采用线性加权法，构建基于偏差需求捕获的城市加氢站选址定容模型；调用线性求解器进行求解，得到城市加氢站的位置和容量方案。精确捕获城市中的氢气需求偏差，优化加氢站的选址和容量配置，既能够满足实际需求，又能在资源配置上实现高效利用，实现城市加氢网络的高效运营。

技术研发人员：杨立滨,周万鹏,刘庭响,李正曦,安娜,马俊雄,曹志梅
受保护的技术使用者：国网青海省电力公司清洁能源发展研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23