霍一博

摘 要：為得到一份較優(yōu)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案本文從時間和空間分布倆個角度選取了充電樁服務(wù)水平評價指標。其中時間角度選取等待時間作為評價指標，空間分布角度選取滿足度和覆蓋率作為評價指標。針對深圳市羅湖區(qū)對充電樁數(shù)量和位置進行優(yōu)化，考慮到直接將快充樁和慢充樁總數(shù)作為目標函數(shù)時，不能同時達總成本和充電樁總數(shù)量最少于是分別建立以快充樁和慢充樁數(shù)量最少為目標函數(shù)，以滿足度和等待時間作為約束條件的多目標規(guī)劃模型得到最少充電樁數(shù)量，其中快充建396個，慢充建62個；接著根據(jù)兩類充電樁的需求數(shù)目對充電樁的位置進行規(guī)劃。假設(shè)轄區(qū)內(nèi)電動汽車均勻分布，在轄區(qū)內(nèi)選取一定數(shù)量的候選點建樁，利用最大覆蓋模型對問題進行求解，得到的解（即部分候選點）可建設(shè)大型充電站。再根據(jù)p-中值模型，對余下的候選點進行分析，以覆蓋率作為約束，滿足要求的解作為小型充電樁的選址。

關(guān)鍵詞：多目標規(guī)劃； 最大覆蓋模型； p-中值模型

1 研究現(xiàn)狀

新能源汽車是指采用新型動力系統(tǒng)、完全或主要依靠新型能源驅(qū)動的汽車，通常指純電動汽車和插電式混合動力汽車。全球新能源汽車已經(jīng)進入到重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，我國按照規(guī)劃，到 2030年新能源汽車將達到 1520 萬輛的銷量規(guī)模，占到汽車市場總量的 40%。同時，中國中央政府和地方政府采取了免除購置稅和車船稅、實施消費者購買補貼、制造商生產(chǎn)補貼、限牌地區(qū)單獨搖號上牌、提高充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的覆蓋率等等一系列扶持鼓勵政策。因此新能源汽車將會逐漸成為普通公民尤其是城市居民日常出行的主流交通工具。

但由于中國新能源汽車的銷量在過去幾年屬于爆炸式的快速增長，因此新能源汽車的配套設(shè)施并沒有跟上新能源私家車規(guī)模的發(fā)展速度，充電樁、充電站的數(shù)量不足使得新能源汽車的使用效率大打折扣。

現(xiàn)需要針對城市電動汽車充電樁的規(guī)劃與設(shè)置問題進行建模分析，來幫助優(yōu)化設(shè)計充電樁的位置和數(shù)量，從而能夠更好服務(wù)不同新能源汽車市場發(fā)展階段的城市車主充電需求。

2.1 充電樁服務(wù)水平評價指標的選取

通過對用戶面臨的充電問題進行歸類總結(jié)得出影響充電樁服務(wù)水平的兩個主要因素即等待時間和充電樁的空間分布，本文從這兩個因素出發(fā)選取了等待時間、需求滿足度和覆蓋率三個指標評價充電樁的服務(wù)水平。

1等待時間

等待時間的計算可根據(jù)排隊論的思想進行計算。

2覆蓋率

在充電需求穩(wěn)定的情況下，充電樁覆蓋率一定程度上可以從空間角度反映充電樁的服務(wù)水平?？紤]到用戶在尋找充電站的過程中存在能夠忍受的最大路上用時 ，在一定行駛速度下存在尋找充電站過程中愿意行走的最長路程。于是引入服務(wù)半徑來表示每個充電站的服務(wù)能力。

3滿足度的閾值

滿足度是充電服務(wù)水平最直觀的評價指標，滿足度高服務(wù)水平高，滿足度低服務(wù)水平相應(yīng)比較低。

2.2針對深圳市羅湖區(qū)充電樁數(shù)量和位置的規(guī)劃

為了方便后面的求解，我們將深圳市羅湖區(qū)的布局再進行劃分，劃分依據(jù)有無自然環(huán)境（如森林綠地，湖泊河流等）和主要交通要道。

為了得到所需的充電樁數(shù)目，建立一個非線性規(guī)劃模型。為了方面計算，將每個區(qū)所需的快充充電樁和慢充充電樁數(shù)目分開計算。在該模型中，設(shè)m1為快充充電樁數(shù)目，設(shè)m2為慢充充電樁數(shù)目。由于題中要求求滿足需求的充電樁最小數(shù)目，故以min m1和min m2為目標函數(shù)。對于該模型的約束條件，取滿意度指標和平均等待時間指標。根據(jù)滿意度指標的高滿意度閾值為0.688和平均等待時間的高滿意度閾值為15min，故約束條件為滿意度指標大于等于0.688，平均等待時間小于等于15min。根據(jù)文獻【1】，設(shè)每個區(qū)每天有充電需求的電動汽車數(shù)量占每個區(qū)總電動汽車數(shù)量的比例α=20%，充電樁工作時每分鐘內(nèi)到達的需要快充的和需要慢充的電動汽車數(shù)量之比為2：3，然后利用最大覆蓋模型和p-中值模型對充電樁位置進行規(guī)劃。首先，對于羅湖區(qū)的每個區(qū)塊，確定單個慢充充電樁的分布規(guī)劃。故在所得到的一個區(qū)塊的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的路網(wǎng)上隨機取20個點，所有的點都作為候選點。作出路網(wǎng)上的路口節(jié)點和候選點的鄰接矩陣，并利用Floyd算法算出各點之間的最短路程矩陣。再通過實際的交通情況，為每一個候選點賦予一個服務(wù)半徑（公式在問題一中已給出）。

根據(jù)這個模型，我們可以得到可以建造單個慢充充電樁的候選節(jié)點位置，至此一部分充電樁已分配完成。我們就可以給出每一個區(qū)域的充電樁位置

5.2.3大型充電站的位置的確定

由于之前所分配的充電樁還不能夠滿足需求，故需要繼續(xù)建造?？紤]到現(xiàn)實生活中停車場具有停車位多的特點，故考慮將已有的停車場改造成充電站。類似5.3.2的分析，我們將部分停車場作為候選點標注在路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖上，作為大型充電站的候選點，然后作出這些候選點、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的節(jié)點的鄰接矩陣，并利用Floyd算法得到各個點之間的最短路。為了建造大型充電站，此處需要考慮停車場附近的電網(wǎng)承受能力，以此確定充電站內(nèi)可以建造的快充或慢充充電站的最大數(shù)量。設(shè)【4】停車場附近電網(wǎng)能夠承受的最大功率為400kW，單個充電樁的充電功率為60 kW（不考慮快充充電樁與慢充充電樁的功率差別），那么一個充電站內(nèi)允許建造的充電樁個數(shù)即400/60，約為6個。由5.2.2中已分配的充電樁的個數(shù)，得到充電站所包含的充電樁個數(shù)，并將這個個數(shù)除以6，得到充電站的個數(shù)p。根據(jù)以計算出的這些數(shù)據(jù)，將他們帶入到p-中值模型當中，得到下面的模型：

（8）

模型中各個未知量的意義如下：

N-區(qū)域內(nèi)的需求點

M-區(qū)域內(nèi)可建設(shè)的候選點（停車場）

dij-第i個需求點到設(shè)施節(jié)點的距離

p-允許建造的充電站的數(shù)量

xj為0-1變量，xj=1，在j點建立設(shè)施節(jié)點j的集合，xj=0，不在j點建立設(shè)施，j屬于M

yij為0-1變量，yij=1，表示需求點i由節(jié)點j提供服務(wù)，yij=0，表示需求點i不由節(jié)點j提供服務(wù)。

根據(jù)這個模型，可以解出充電站的位置分布，并將充電樁按充電站進行平均分配。

參考文獻：

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