面向節能環保的充電樁數學分析

李昀久

摘要：當今時期我國的經濟建設正在以超常的發展速度向前邁進，人們生活中的物質條件發生了明顯的改善。但是在經濟建設快速推進，人們的物質需求獲得極大滿足的趨勢下，我們人類居住的地球環境及生態狀況亦出現了危急的局面?；诖?，如何利用科學技術來降低自然界的受污染程度，并巧妙運用我們人類所掌握的科技知識特別是數學學科知識來服務于這一偉大的環保工程是我們當前亟待解決的首要任務。本文對數學知識在節能環保充電樁建設中的應用做以闡述。

關鍵詞：節能環保;充電樁建設;數學應用;方法

引言

汽車尾氣排放如今已成為我們國家絕大部分大中城市的頭等大氣環境污染源，為推進我國的節能環保工業實現快速的發展，國家已經推出了諸多的扶持政策。在扶持政策的趨勢下，我們的新能源電力汽車工業迎來了它的特有發展機遇。然而有業內人士對此種情形做出過評定：“其是與國家推行補貼政策的最初愿望是相抵觸的。業內人士必須意識到，補貼本身僅是國家臨時性的行為，節能型交通產品才是國家既定的發展目標，不管國家是否給予永遠的扶持都必須持久地堅持下去，由此加大了我們利用科研來推進節能交通產品研發的力度。”[1]

一、我國充電樁布局的數學特點

依據我國汽車行業組織內部的相關統計數據，我國目前電動交通工具的銷售量首度超出美國而躍居全球首位。圖1是有關新型節能汽車在2018～2030年銷售量的估判，由圖1中不難看到，新型節能汽車的現實銷售量呈現指數式擴展，然而新型節能充電樁的建造卻遲遲未能達到現時電動汽車充電的需求，同時關于充電樁的建設讓還顯現出了布局的不完整性及不恰當性等眾多缺陷。因此，在現有統計數據的狀況下，規劃出適宜布局的充電樁占地，而且對初期布局的征地作出必要的遴選，真正實現充電樁設置區位的科學嚴謹性是極其的必要的。文章以我國南方某省會城市中的一個小區街口充電布局為例，對其建設充電站的地位選擇及容量確定展開數學建模分析，并擬定出對應的充電樁建造容量方案。[2]

新型節能汽車市場前景預測（2017～2030年）

二、充電站建設數學依據

在2012年，有業內專家BaeS等多位人士曾提出過針對電動汽車充電站的建造布局應同時匹配于當地公路交通的汽車流量大小，也就是指在某一瞬間電動車輛在某段公路上通過的數目。2018年高雅靜等幾位先生等以整體費用作為目標性函數，以當地的具體充電需求為基本依據對充電樁的地址選取做出科學性的優化，擬定出了兩級選址篩選法。在2018年白國鵬等幾位業內專家對充電樁建設中的地位選取及其關聯因素做出了系統而深入的研究，參考著眼前的政策需求，以及當地經濟發展給充電樁建設所帶來的影響，進而給出了充電樁建設中所必須遵循的四條基準：即便捷性基準，經濟適用性基準、可靠性基準及可操作性基準。2017年業內專家艾欣等人針對城市內電動節能汽車充電樁的地位選擇及容量擬定要求，構建出了兼顧充電企業運營需求、電動節能汽車的充電業主、終端客戶以及電網系統等整體性利益的充電站站位選擇以及相關的定容數學模型，借助于仿真退火粒子族優選算法來對其問題做出求解過程，借助于算例結果說明，選取所定算法可實現城市區域內電動節能型汽車充電樁區位選取的實際可操作性及實效性。有人曾針對現實呈現出的“車多無站，建站無車”情況，擬定出一款立足于客戶充電可完美實現準則的電動節能型汽車充電樁建站布局方案。利用動態型的規劃衡算法進行求解并且由此來獲取到的電動型汽車最低可實現的電容量，這兩項內容均可用來輔助于充電站的服務項目選取;最終，運用最微化的充電設施建造成本、最廣闊的充電站業務輻射體系，構建充電樁選址的數學模型。[3]

相對于充電裝置的容量確定問題，現在亦已經有了很多的研究范例：2013年業內人士葛少云先生等人在估算電動節能型汽車的充電操作需求時，把路網系統中的交通容量利用每個交通路口的車行流量來取代，采用積分來估算充電負荷的需求，進而依照其需求來判定本地域的充電容量。2014年業內專家陳婷等幾位人士推出了遵從電網建設規劃與具體配置為要求的定容數學模型。2016年盧芳專家對電動節能汽車充電業務開展現狀做出了在定性及定量方面的研究工作，擬建出了電動節能汽車充電樁前的排隊等候模型，進而依據排隊狀況來對充電站機構作出定容判斷。[4]

三、充電模型構建

1.模型數據假設

電動節能汽車的本地區保有量和本地區的居住人口密度大小成正向比例。其要求的充電站業務覆蓋區域半徑為450m。

2.充電裝置待建地域遴選數學模型

針對0-1數字分級規劃的定義和其基本形態的線性規劃問題是說研究線性化的控制標準下線性目標函數求極值問題的數學基本理論、求算方法。

3.模型實況

我們以某地4個地鐵站圍成的方形區域。在該區域中、選取、12個待建點分布在休閑區，住宅區，辦公區等區域，在圖中為紅色標記點。

（1）對所有待建點進行費用和便利度打分，形成打分矩陣。對于每一個點的費用等級，起步是2分，建立在停車場里面費用減1，附近有學校商場等費用加1;每個點的便利性，起步是2分，有商、辦公樓、小區等加1。

（2）確定待建點與需求點的距離，若距離≤400m，則dij=1;若距離大于400m，則dij=0。

（3）進行0-1規劃問題建模。利用Matlab進行求解。

根據程序的結果可以得到，在待建點1、2、3、4、8、9、11、12建立充電站，可以保證每個需求點周圍400m都有充電站且費用最低。

結語

隨著環保問題日益嚴峻，政府大力推進電動車的普及，電動車的比例都日益上升，因此如何合理科學地對充電站進行布局便成為研究的重點。但之前的研究大多是以建設費用為目標函數進行優化，只考慮了單一的變量。

參考文獻

[1]魏國，商慧杰，朱春波，逯仁貴.電動汽車交流充電樁系統設計[J].現代電子技術.2012（21）.

[2]陳良亮，張浩，倪峰，朱金大.電動汽車能源供給設施建設現狀與發展探討[J].電力系統自動化.2011（14）.

[3]汪子夜.電動汽車充電樁調度管理系統研究與設計[D].電子科技大學2016.

[4]葉冠南.基于GPRS的智能充電樁數據管理系統的設計與實現[D].浙江工業大學2014.