面向節(jié)能環(huán)保的充電樁數(shù)學分析獲獎科研報告

面向節(jié)能環(huán)保的充電樁數(shù)學分析獲獎科研報告摘要：當今時期我國的經(jīng)濟建設正在以超常的發(fā)展速度向前邁進，人們生活中的物質條件發(fā)生了明顯的改善。但是在經(jīng)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(huán)境及生態(tài)狀況亦出現(xiàn)了危急的局面?；诖耍绾卫每茖W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(shù)學學科知識來服務于這一偉大的環(huán)保工程是我們當前亟待解決的首要任務。本文對數(shù)學知識在節(jié)能環(huán)保充電樁建設中的應用做以闡述。

關鍵詞：節(jié)能環(huán)保;充電樁建設;數(shù)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(huán)境污染源，為推進我國的節(jié)能環(huán)保工業(yè)實現(xiàn)快速的發(fā)展，國家已經(jīng)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(yè)迎來了它的特有發(fā)展機遇。然而有業(yè)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(yè)內人士必須意識到，補貼本身僅是國家臨時性的行為，節(jié)能型交通產(chǎn)品才是國家既定的發(fā)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(jié)能交通產(chǎn)品研發(fā)的力度?！盵1]

一、我國充電樁布局的數(shù)學特點

依據(jù)我國汽車行業(yè)組織內部的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(jié)能汽車在2018～2030年銷售量的估判，由圖1中不難看到，新型節(jié)能汽車的現(xiàn)實銷售量呈現(xiàn)指數(shù)式擴展，然而新型節(jié)能充電樁的建造卻遲遲未能達到現(xiàn)時電動汽車充電的需求，同時關于充電樁的建設讓還顯現(xiàn)出了布局的不完整性及不恰當性等眾多缺陷。因此，在現(xiàn)有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的狀況下，規(guī)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(xiàn)充電樁設置區(qū)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(qū)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(shù)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(jié)能汽車市場前景預測（2017～2030年）

二、充電站建設數(shù)學依據(jù)

在2012年，有業(yè)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?shù)毓方煌ǖ钠嚵髁看笮?，也就是指在某一瞬間電動車輛在某段公路上通過的數(shù)目。2018年高雅靜等幾位先生等以整體費用作為目標性函數(shù)，以當?shù)氐木唧w充電需求為基本依據(jù)對充電樁的地址選取做出科學性的優(yōu)化，擬定出了兩級選址篩選法。在2018年白國鵬等幾位業(yè)內專家對充電樁建設中的地位選取及其關聯(lián)因素做出了系統(tǒng)而深入的研究，參考著眼前的政策需求，以及當?shù)亟?jīng)濟發(fā)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(jīng)濟適用性基準、可靠性基準及可操作性基準。2017年業(yè)內專家艾欣等人針對城市內電動節(jié)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(yè)運營需求、電動節(jié)能汽車的充電業(yè)主、終端客戶以及電網(wǎng)系統(tǒng)等整體性利益的充電站站位選擇以及相關的定容數(shù)學模型，借助于仿真退火粒子族優(yōu)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(xiàn)城市區(qū)域內電動節(jié)能型汽車充電樁區(qū)位選取的實際可操作性及實效性。有人曾針對現(xiàn)實呈現(xiàn)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(xiàn)準則的電動節(jié)能型汽車充電樁建站布局方案。利用動態(tài)型的規(guī)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(xiàn)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(yè)務輻射體系，構建充電樁選址的數(shù)學模型。[3]

相對于充電裝置的容量確定問題，現(xiàn)在亦已經(jīng)有了很多的研究范例：2013年業(yè)內人士葛少云先生等人在估算電動節(jié)能型汽車的充電操作需求時，把路網(wǎng)系統(tǒng)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(yè)內專家陳婷等幾位人士推出了遵從電網(wǎng)建設規(guī)劃與具體配置為要求的定容數(shù)學模型。2016年盧芳專家對電動節(jié)能汽車充電業(yè)務開展現(xiàn)狀做出了在定性及定量方面的研究工作，擬建出了電動節(jié)能汽車充電樁前的排隊等候模型，進而依據(jù)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(shù)據(jù)假設

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

2.充電裝置待建地域遴選數(shù)學模型

針對0-1數(shù)字分級規(guī)劃的定義和其基本形態(tài)的線性規(guī)劃問題是說研究線性化的控制標準下線性目標函數(shù)求極值問題的數(shù)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(qū)域。在該區(qū)域中、選取、12個待建點分布在休閑區(qū)，住宅區(qū)，辦公區(qū)等區(qū)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(qū)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(guī)劃問題建模。利用Matlab進行求解。

根據(jù)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