大數(shù)據(jù)環(huán)境下的電動汽車充電站的布局優(yōu)化研究

張雪燕

摘 ?要：隨著電動汽車的普遍應(yīng)用，充電站的需求也不斷增加。如何能夠使充電站得到高效的應(yīng)用是目前新能源汽車行業(yè)的難題。傳統(tǒng)的車流統(tǒng)計系統(tǒng)統(tǒng)計車流走向數(shù)據(jù)不精確，因此無法得出有效的充電站布局。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)環(huán)境，采用經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到的最優(yōu)擬合函數(shù)來得出準(zhǔn)確的車流走向，從而對汽車充電站的布局做出優(yōu)化設(shè)計。

一、前言

隨著新能源的不斷開發(fā)以及國家對新能源汽車的大力扶持，我國的新能源汽車得到了前所未有的蓬勃發(fā)展。新能源汽車的優(yōu)點有很多：充電開車、環(huán)保不用油、加速快、噪音小?；谝陨蟽?yōu)點，越來越多的人選擇了新能源汽車，我國的新能源汽車的生產(chǎn)量。目前我們所開發(fā)的新能源汽車，其主要動力源有兩種，分別為鉛酸電池和鋰電池。但是在當(dāng)前的大環(huán)境下，由于必要條件的限制，充電難、充電樁少而且難找成為限制新能源汽車的主要問題。因此如何有效的為其充電續(xù)航成為新能源產(chǎn)業(yè)的一大難題。汽車一天的主要位置有3個：出發(fā)點、目的地以及路上，其中，出發(fā)點和目的地應(yīng)該是車輛的聚集地，因此在聚集地設(shè)置充電樁可以有效的提高充電樁的利用效率，文章利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對車流量進(jìn)行有效分析從而對充電站進(jìn)行布局優(yōu)化，使其獲得最大的利用效率。

二、基于大數(shù)據(jù)的電動汽車充電站的布局優(yōu)化

1、問題描述

在當(dāng)前飛速發(fā)展的新能源汽車領(lǐng)域，合理的充電站的布局既要滿足充電用戶的需求，同時又要滿足國家電網(wǎng)的盈利要求，充電站的選址直接影響著充電站的服務(wù)效果。因此如何通過分析真實的車載流而得到有效的充電站布局是解決以上問題的唯一途徑。本文所討論的問題都必須滿足以下約束。

充電樁約束：每個充電站內(nèi)配置的充電樁的數(shù)量必須有限。

車流總量約束：進(jìn)入每個充電站進(jìn)行充電的車流總量必須有限。

充電站總數(shù)約束：在某一區(qū)域內(nèi)的總的充電站總數(shù)必須有限。

2、布局優(yōu)化模型

文章借助大數(shù)據(jù)背景，對檢測到的實際車流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)電動汽車充電站的布局優(yōu)化研究，主要步驟如下：

1）定義樣本集 ，假設(shè)樣本總數(shù)為n，那么樣本集元素表示為 ，樣本集中的最大值和最小值分別表示為 ， min=min（ ），樣本 均值為 ，得出樣本的標(biāo)準(zhǔn)差為公式（1）：

（1）

2）借助回歸模型對實際的車流數(shù)量以及最值進(jìn)行擬合操作，進(jìn)而與車流特征的概率分別進(jìn)行擬合。再以卡方檢驗實現(xiàn)曲線擬合、分布擬合檢驗操作。

3）曲線擬合檢驗設(shè)置為：設(shè)置樣本空間r組相互獨立的空間構(gòu)成用 表示，其中第 組實測數(shù)據(jù)用 表示，設(shè)置理論樣本空間由r 組相互獨立的空間構(gòu)成用 表示，其中第 組理論數(shù)據(jù)用 表示。則曲線擬合的卡方檢驗描述為：

（2）

4）利用上面得到的 結(jié)果，結(jié)合自由度 若得出 ，則 說明真實數(shù)據(jù)近似理論數(shù)據(jù)，證明曲線擬合準(zhǔn)確度高;若得出 ，則 說明真實數(shù)據(jù)偏離理論數(shù)據(jù)，證明曲線擬合準(zhǔn)確度低，若出現(xiàn)此情況，則應(yīng)采取措施對擬合曲線進(jìn)行優(yōu)化。

5）通過分布擬合由度檢驗核心內(nèi)容：假設(shè)用 來表示樣本空間，其有r組樣本數(shù)據(jù)構(gòu)成，其中設(shè)置 為第 組數(shù)據(jù)實際出現(xiàn)的次數(shù)。設(shè)置數(shù)據(jù)位于第i組的概率為 ， ，設(shè)置 ，獲取的卡方結(jié)果用公式（3）描述：

（3）

其中 ?為車流量的真實數(shù)據(jù)，車流量理論出現(xiàn)的次數(shù)用 、 來表示，N表示樣本總數(shù)。

由公式（3）可以得出，影響 排列的唯一元素為自由度R，R表示為公式（4）。

（4）

S為理論數(shù)據(jù)的估計值，當(dāng)s=1時說明存在泊松分布，當(dāng)s=2時說明存在正態(tài)分布，r表示樣本的分組數(shù)量。

最終判斷 是否成立，如果滿足條件，說明假設(shè)成立。

通過以上方法得出實際車流量的最優(yōu)擬合曲線，車流量的具體聚集特征可以通過擬合分布函數(shù)進(jìn)行獲取，通過對實時數(shù)據(jù)的分析得出實際車載流的特征，從而可以有效的對充電站進(jìn)行布局設(shè)計，使得每一個充電站都能夠得到最大的使用效率。

三、實驗分析

為驗證本文模型在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢性，對成都市的繞城高速錦城湖的交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，內(nèi)容豐富，可以充分驗證系統(tǒng)的可行性。實驗主要從精確度和效率兩方面進(jìn)行測試驗證。

從表1可以得出，本系統(tǒng)所分析出的車載流信息與實際車載流基本吻合，說明本系統(tǒng)的精確度良好。

通過分析出的車載流數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充電站的選址并設(shè)計不同的充電站布局，對比優(yōu)化的充電站布局與原始充電站布局效率如圖2所示。

由圖1可以看出，優(yōu)化的布局效率明顯高于原始布局，因此，通過本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析而確定的充電站布局大大提高了其利用效率。

四、結(jié)論

文章基于對實際車載流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析的結(jié)果能夠準(zhǔn)確高效的反映出真實的車載流信息。我們通過該信息的提示設(shè)計出優(yōu)化的電動汽車充電站布局，該優(yōu)化布局不僅能夠更加高效的服務(wù)于電動汽車用戶，同時也最大程度的降低了安裝維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 基于區(qū)塊鏈的電動汽車充電站充電權(quán)交易：機(jī)制、模型和方法[J].王浩然，陳思捷，嚴(yán)正，平健.中國電機(jī)工程學(xué)報.2020（02）

[2] 未來城市共享電動汽車發(fā)展模式[J].楊軍，林洋佳，陳杰軍，李逸欣，詹祥澎.電力建設(shè).2019（04）

[3] 全球電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢[J].羅艷托，湯湘華.國際石油經(jīng)濟(jì).2018（07）

[4] NIO高性能技術(shù)在Java網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用研究[J].張健立.山東工業(yè)技術(shù).2016（11）

[5] 電動汽車參與電力市場的商業(yè)運營模式研究[J].劉敦楠，王梅寶，李根柱，張濤，盧永平，陳永權(quán).全球能源互聯(lián)網(wǎng).2019（05）

[6] 充電樁共享服務(wù)平臺技術(shù)架構(gòu)設(shè)計[J].史宏杰，朱永亮.時代汽車.2019（01）