電動汽車充電站選址優化建模

2020-01-03 08:05:20楊衛,王艷

長春工業大學學報 2019年6期

楊衛, 王艷

(西安歐亞學院金融學院, 陜西西安 710065)

0 引言

隨著中國經濟的飛速發展，汽車已成為平常家庭的代步工具，普及率迅速提升。汽車的使用給人們的生活帶來了便利，但同時汽車排放的尾氣也成為城市大氣污染的主要來源。隨著社會對環境污染、能源緊缺等問題的重視，各國政府積極采取各種措施，減少汽車尾氣的排放，以減少對大氣的污染。大力推廣電動汽車，并讓其逐漸替代燃油汽車，成為許多國家的共同選擇。目前，電動汽車在污染物排放、能源消耗等方面都明顯優于傳統燃油汽車，但是由于充電設施及設備的發展還不完善，充電站布局不合理，嚴重制約了電動汽車的普及和發展。因此，研究電動汽車充電站規劃選址問題，對于電動汽車的發展具有重要的意義。

國內外已經有很多學者從不同方面，針對電動汽車充電站選址的問題進行了研究。唐現剛等[1]基于計算幾何方法，在考慮充電站運行成本、建設成本的情況下，建立了充電站選址的規劃模型；加鶴萍等[2]建立了以交通流量為約束，充電站收益最大化為目標的電動汽車充電站選址模型；陳婷等[3]基于模擬退火算法，在考慮投資和運行成本的情況下，建立了充電站優化布局的模型；孟子杰[4]在考慮投資成本、年收入、運行費用的情況下建立了電動汽車充電站選址的優化模型；黃振森等[5]在考慮充電站建設總成本的情況下，建立了充電站選址的整數規劃模型;劉志鵬等[6]在考慮充電站建設、運行等總成本及電網損失費用的情況下，建立了電動汽車充電站選址的優化模型；王輝等[7]基于配電損耗和節點電壓偏移最小、交通流量最大，建立了電動汽車充電站選址規劃的數學模型。從以上文獻中發現，學者在研究電動汽車充電站選址或規劃布局等問題時，基本都是從成本、費用的角度考慮的，較少從使用者的角度考慮充電距離的問題。目前電動汽車得到各國政府的大力推廣，許多地方給電動汽車使用者及充電站建設及運營者搞個補貼，但電動汽車在使用過程中，被抱怨最多的問題就是充電不方便，充電站距離遠等，故文中將電動汽車用戶的充電距離最小作為目標，以提高用戶的使用滿意度及便捷性，達到提高電動汽車普及速度的目的。

1 充電站規劃選址模型

建立模型前，在考慮電動汽車使用者(用戶)充電距離的情況下，先作出如下假設，候選選址點都符合充電站的建設要求，并充分考慮了需求分布。

1.1 符號說明

zij只能取0或1，當其值為1時，表示需求點j的用戶會選擇去候選選址點i充電;當其值為0時，則相反。Ri也能取0或1，當其值為1時，表示候選選址點i最終被選中建設充電站;當其值為0時，則表示沒有被選中。

1.2 目標函數與約束條件

目標函數所有需求點的充電需求用戶到充電站的充電距離之和最小

(1)

式中：A=[(ui-xj)2+(vi-yj)2]。

約束(1}表示一個需求點的用戶最終只會選擇到一個充電站充電

(2)

約束(2)是充電站建設數量的限制

(3)

約束(3)是充電站可充電動車的最大數量的限制

(4)

約束(4)是充電站充電收入要高于成本的限制

(5)

約束(5)～(8)是充電站選址及需求點的區域限制條件:

xmin≤xj≤xmax,

(6)

ymin≤yj≤ymax,

(7)

xmin≤ui≤xmax,

(8)

ymin≤vi≤ymax。

(9)

0-1決策變量為:

zij∈(0,1),

(10)

ri∈(0,1)。

(11)

2 算例分析

2.1 算例描述

在100 km×100 km平面內隨機產生10個候選充電站和50個充電需求點,分布如圖1所示。

考慮目前電動汽車充電的費用基本在2元/(kW·h)上下，故隨機產生10個以2為中線的數，單位費用分別為2.0,2.2,2.1,2.4,1.8,2.1,1.9,2.4,2.0,1.9。作為每個候選充電站的單位充電費用(元/(kW·h))。由于每個需求點的需求數(單位：輛)和每輛電動汽車到充電站的充電量(kW·h)波動及隨機性都比較大，故以均勻分布的形式隨機產生。具體參數見表1。

假設每個充電站可充電動汽車的最大值均為600輛，候選充電站的成本分別為450,660,630,540,690,540,580,600,570,480萬元。假設該區域要建設的充電站數量為5座。