基于優(yōu)化模型的電動(dòng)汽車(chē)充電站分布研究

張其全

【摘要】 電動(dòng)汽車(chē)的飛速發(fā)展使其配套的充電設(shè)施建設(shè)成為重點(diǎn)。本文簡(jiǎn)單介紹了整數(shù)規(guī)劃和兩階段啟發(fā)式搜索算法在優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)充電站分布問(wèn)題上的應(yīng)用，提出了充電站分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議。

【關(guān)鍵字】 充電站 最優(yōu)化 整數(shù)規(guī)劃 兩階段啟發(fā)式搜索

一、引言

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，人們對(duì)于綠色生活的要求越發(fā)強(qiáng)烈。在環(huán)境與能源的雙重壓力之下，電動(dòng)汽車(chē)在現(xiàn)代交通行業(yè)中脫穎而出。未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模發(fā)展急需要眾多充電設(shè)施進(jìn)行服務(wù)，因此公共充電站的建設(shè)就需要用科學(xué)的方法進(jìn)行合理布局。

充電站的建設(shè)受到地域，環(huán)境等多方面因素影響，建立一個(gè)合理的充電站分布模型正是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，本文介紹了不同情況下的充電站分布優(yōu)化模型，方法合乎實(shí)際，應(yīng)用起來(lái)方便快捷。

二、影響因素

影響電動(dòng)汽車(chē)充電站分布的因素很多，環(huán)境，交通復(fù)雜度，電動(dòng)汽車(chē)流量，建設(shè)成本等都是主要的影響因素。不同情況下的充電設(shè)備分布也要按實(shí)際情況合理安排。比如，在充電設(shè)施分布點(diǎn)比較少的情況下，會(huì)更多考慮到服務(wù)半徑與資源分配；在分布點(diǎn)較多，路況復(fù)雜情況下，這就要綜合考慮車(chē)流量，電網(wǎng)改造成本，充電時(shí)間等。在運(yùn)用優(yōu)化模型分析時(shí)，模型復(fù)雜并不一定能達(dá)到好的效果。根據(jù)情況選擇模型才是最好的解決方法。

三、優(yōu)化模型簡(jiǎn)介

3.1整數(shù)規(guī)劃模型優(yōu)化充電站布局

在道路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，車(chē)流分布較為均衡的情況下，如果運(yùn)用復(fù)雜的優(yōu)化模型可能會(huì)適得其反，求解過(guò)程復(fù)雜，可能還得不到實(shí)際的優(yōu)化效果。于是重點(diǎn)考慮充電站服務(wù)半徑提出：“整數(shù)規(guī)劃模型”。具體實(shí)施步驟為：

（1）充分調(diào)查城市區(qū)域能夠設(shè)置充電站的點(diǎn)位，并測(cè)量各點(diǎn)位之間的距離Dij，制作成表；

（2）采用Floyd算法，運(yùn)用matlab編程計(jì)算出各點(diǎn)位之間的最短距離dij；

（3）設(shè)定充電站服務(wù)范圍d，結(jié)合各點(diǎn)位的最短路徑dij建立“0-1整數(shù)規(guī)劃”模型；

（4）運(yùn)用matlab求解，得到以最少充電站數(shù)量而覆蓋區(qū)域最廣的充電站位置，得到實(shí)用而經(jīng)濟(jì)的結(jié)果。[1]

3.2兩階段啟發(fā)式算法優(yōu)化充電站布局

在充電站位置設(shè)定的影響因素較多，需要考慮到車(chē)流量，充電時(shí)間，充電設(shè)施成本等多方面因素時(shí)，可以用兩階段啟發(fā)式算法求解充電站的最佳規(guī)模和布局。步驟如下：

（1）參數(shù)確定，將不同地點(diǎn)和時(shí)刻的充電需求，充電站投入成本等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；

（2）搜索電動(dòng)汽車(chē)到哪一區(qū)域平均路上成本最低，排序?yàn)閧p1，p2，…，pn}；

（3）檢驗(yàn)是否所有點(diǎn)到p1用時(shí)為最小全體車(chē)輛平均路上駕駛時(shí)間，若否，轉(zhuǎn)至（5），若是則轉(zhuǎn)至（4）；

（4）搜索另一點(diǎn)使p1，p2組合滿足最小平均路上用時(shí)成本，重復(fù)（3）在最小可行集內(nèi)確定極小投入成本點(diǎn)；

（5）搜索在其他各點(diǎn)增設(shè)充電站時(shí)節(jié)約的時(shí)間成本相對(duì)充電站投資成本增長(zhǎng)之和最小的選點(diǎn)；

（6）若和小于0則將該點(diǎn)設(shè)置為充電站，對(duì)（5）循環(huán)，若和大于0則停止搜索，此時(shí)充電站規(guī)模為最佳規(guī)模，達(dá)到優(yōu)化效果。[2]

編寫(xiě)搜索算法的matlab程序即可求解，此處省略具體的求解過(guò)程。

四、模型分析與建議

通過(guò)對(duì)兩種優(yōu)化模型優(yōu)化方法分析，我們發(fā)現(xiàn)他們各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。整數(shù)規(guī)劃應(yīng)用起來(lái)方便快捷，但是考慮因素較少，得到的結(jié)果優(yōu)化度不高；啟發(fā)式搜索算法綜合考慮了各種影響因素，優(yōu)化了充電站分布及其規(guī)模，但大大增加了調(diào)查量，計(jì)算也復(fù)雜。

提出建議：在具體應(yīng)用優(yōu)化模型解決充電站分布問(wèn)題時(shí)，要綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，電網(wǎng)構(gòu)造等因素。在簡(jiǎn)單環(huán)境下忽略次要因素，可用整數(shù)規(guī)劃進(jìn)行大致估算；在精確優(yōu)化時(shí)就可以用啟發(fā)式搜索算法解決從而得到最佳的布局。除此外還可以用排隊(duì)論模型或者現(xiàn)代優(yōu)化算法等模型解決，總之，適合的模型才是一個(gè)好的模型。

五、結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的電動(dòng)汽車(chē)充電站設(shè)計(jì)時(shí)，需要做大量調(diào)查，全面分析。選擇一個(gè)合適的優(yōu)化模型將會(huì)大大提高實(shí)際的應(yīng)用效果。本文著重于介紹一些基本的優(yōu)化模型及其適用條件，在本文的基礎(chǔ)上，遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)做一定遷移發(fā)散便能設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)良的電動(dòng)汽車(chē)充電站分布系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]韓中庚，數(shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2005.6

[2]任玉瓏，史樂(lè)峰等.電動(dòng)汽車(chē)充電站最優(yōu)分布和規(guī)模研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，第35卷，2011：55-56