張其全

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

隨著時代的飛速發(fā)展，人們對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，電動汽車在現(xiàn)代交通行業(yè)中脫穎而出。未來電動汽車的大規(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，建立一個合理的充電站分布模型正是一個亟待解決的問題，本文介紹了不同情況下的充電站分布優(yōu)化模型，方法合乎實際，應(yīng)用起來方便快捷。

二、影響因素

影響電動汽車充電站分布的因素很多，環(huán)境，交通復(fù)雜度，電動汽車流量，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)備分布也要按實際情況合理安排。比如，在充電設(shè)施分布點比較少的情況下，會更多考慮到服務(wù)半徑與資源分配；在分布點較多，路況復(fù)雜情況下，這就要綜合考慮車流量，電網(wǎng)改造成本，充電時間等。在運用優(yōu)化模型分析時，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)較為簡單，車流分布較為均衡的情況下，如果運用復(fù)雜的優(yōu)化模型可能會適得其反，求解過程復(fù)雜，可能還得不到實際的優(yōu)化效果。于是重點考慮充電站服務(wù)半徑提出：“整數(shù)規(guī)劃模型”。具體實施步驟為：

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

（2）采用Floyd算法，運用matlab編程計算出各點位之間的最短距離dij；

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

（4）運用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，需要考慮到車流量，充電時間，充電設(shè)施成本等多方面因素時，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，將不同地點和時刻的充電需求，充電站投入成本等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；

（2）搜索電動汽車到哪一區(qū)域平均路上成本最低，排序為{p1，p2，…，pn}；

（3）檢驗是否所有點到p1用時為最小全體車輛平均路上駕駛時間，若否，轉(zhuǎn)至（5），若是則轉(zhuǎn)至（4）；

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

（5）搜索在其他各點增設(shè)充電站時節(jié)約的時間成本相對充電站投資成本增長之和最小的選點；

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

編寫搜索算法的matlab程序即可求解，此處省略具體的求解過程。

四、模型分析與建議

通過對兩種優(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。整數(shù)規(guī)劃應(yīng)用起來方便快捷，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題時，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好的模型。

五、結(jié)語

在實際的電動汽車充電站設(shè)計時，需要做大量調(diào)查，全面分析。選擇一個合適的優(yōu)化模型將會大大提高實際的應(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，遇到實際問題時做一定遷移發(fā)散便能設(shè)計出一個優(yōu)良的電動汽車充電站分布系統(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，史樂峰等.電動汽車充電站最優(yōu)分布和規(guī)模研究[J].電力系統(tǒng)自動化，第35卷，2011：55-56