基于優化模型的電動汽車充電站分布研究

張其全

【摘要】 電動汽車的飛速發展使其配套的充電設施建設成為重點。本文簡單介紹了整數規劃和兩階段啟發式搜索算法在優化電動汽車充電站分布問題上的應用，提出了充電站分布系統設計的相關建議。

【關鍵字】 充電站 最優化 整數規劃 兩階段啟發式搜索

一、引言

隨著時代的飛速發展，人們對于綠色生活的要求越發強烈。在環境與能源的雙重壓力之下，電動汽車在現代交通行業中脫穎而出。未來電動汽車的大規模發展急需要眾多充電設施進行服務，因此公共充電站的建設就需要用科學的方法進行合理布局。

充電站的建設受到地域，環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化模型，方法合乎實際，應用起來方便快捷。

二、影響因素

影響電動汽車充電站分布的因素很多，環境，交通復雜度，電動汽車流量，建設成本等都是主要的影響因素。不同情況下的充電設備分布也要按實際情況合理安排。比如，在充電設施分布點比較少的情況下，會更多考慮到服務半徑與資源分配；在分布點較多，路況復雜情況下，這就要綜合考慮車流量，電網改造成本，充電時間等。在運用優化模型分析時，模型復雜并不一定能達到好的效果。根據情況選擇模型才是最好的解決方法。

三、優化模型簡介

3.1整數規劃模型優化充電站布局

在道路結構較為簡單，車流分布較為均衡的情況下，如果運用復雜的優化模型可能會適得其反，求解過程復雜，可能還得不到實際的優化效果。于是重點考慮充電站服務半徑提出：“整數規劃模型”。具體實施步驟為：

（1）充分調查城市區域能夠設置充電站的點位，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）設定充電站服務范圍d，結合各點位的最短路徑dij建立“0-1整數規劃”模型；

（4）運用matlab求解，得到以最少充電站數量而覆蓋區域最廣的充電站位置，得到實用而經濟的結果。[1]

3.2兩階段啟發式算法優化充電站布局

在充電站位置設定的影響因素較多，需要考慮到車流量，充電時間，充電設施成本等多方面因素時，可以用兩階段啟發式算法求解充電站的最佳規模和布局。步驟如下：

（1）參數確定，將不同地點和時刻的充電需求，充電站投入成本等參數進行設定；

（2）搜索電動汽車到哪一區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，轉至（5），若是則轉至（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（3）在最小可行集內確定極小投入成本點；

（5）搜索在其他各點增設充電站時節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則將該點設置為充電站，對（5）循環，若和大于0則停止搜索，此時充電站規模為最佳規模，達到優化效果。[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

通過對兩種優化模型優化方法分析，我們發現他們各自有各自的優缺點。整數規劃應用起來方便快捷，但是考慮因素較少，得到的結果優化度不高；啟發式搜索算法綜合考慮了各種影響因素，優化了充電站分布及其規模，但大大增加了調查量，計算也復雜。

提出建議：在具體應用優化模型解決充電站分布問題時，要綜合考慮當地的地理環境，電網構造等因素。在簡單環境下忽略次要因素，可用整數規劃進行大致估算；在精確優化時就可以用啟發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代優化算法等模型解決，總之，適合的模型才是一個好的模型。

五、結語

在實際的電動汽車充電站設計時，需要做大量調查，全面分析。選擇一個合適的優化模型將會大大提高實際的應用效果。本文著重于介紹一些基本的優化模型及其適用條件，在本文的基礎上，遇到實際問題時做一定遷移發散便能設計出一個優良的電動汽車充電站分布系統。

參 考 文 獻

[1]韓中庚，數學建模方法及其應用.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分布和規模研究[J].電力系統自動化，第35卷，2011：55-56