面向节能环保的充电桩数学分析

李昀久

摘要：当今时期我国的经济建设正在以超常的发展速度向前迈进，人们生活中的物质条件发生了明显的改善。但是在经济建设快速推进，人们的物质需求获得极大满足的趋势下，我们人类居住的地球环境及生态状况亦出现了危急的局面。基于此，如何利用科学技术来降低自然界的受污染程度，并巧妙运用我们人类所掌握的科技知识特别是数学学科知识来服务于这一伟大的环保工程是我们当前亟待解决的首要任务。本文对数学知识在节能环保充电桩建设中的应用做以阐述。

关键词：节能环保;充电桩建设;数学应用;方法

引言

汽车尾气排放如今已成为我们国家绝大部分大中城市的头等大气环境污染源，为推进我国的节能环保工业实现快速的发展，国家已经推出了诸多的扶持政策。在扶持政策的趋势下，我们的新能源电力汽车工业迎来了它的特有发展机遇。然而有业内人士对此种情形做出过评定：“其是与国家推行补贴政策的最初愿望是相抵触的。业内人士必须意识到，补贴本身仅是国家临时性的行为，节能型交通产品才是国家既定的发展目标，不管国家是否给予永远的扶持都必须持久地坚持下去，由此加大了我们利用科研来推进节能交通产品研发的力度。”[1]

一、我国充电桩布局的数学特点

依据我国汽车行业组织内部的相关统计数据，我国目前电动交通工具的销售量首度超出美国而跃居全球首位。图1是有关新型节能汽车在2018～2030年销售量的估判，由图1中不难看到，新型节能汽车的现实销售量呈现指数式扩展，然而新型节能充电桩的建造却迟迟未能达到现时电动汽车充电的需求，同时关于充电桩的建设让还显现出了布局的不完整性及不恰当性等众多缺陷。因此，在现有统计数据的状况下，规划出适宜布局的充电桩占地，而且对初期布局的征地作出必要的遴选，真正实现充电桩设置区位的科学严谨性是极其的必要的。文章以我国南方某省会城市中的一个小区街口充电布局为例，对其建设充电站的地位选择及容量确定展开数学建模分析，并拟定出对应的充电桩建造容量方案。[2]

新型节能汽车市场前景预测（2017～2030年）

二、充电站建设数学依据

在2012年，有业内专家BaeS等多位人士曾提出过针对电动汽车充电站的建造布局应同时匹配于当地公路交通的汽车流量大小，也就是指在某一瞬间电动车辆在某段公路上通过的数目。2018年高雅静等几位先生等以整体费用作为目标性函数，以当地的具体充电需求为基本依据对充电桩的地址选取做出科学性的优化，拟定出了两级选址筛选法。在2018年白国鹏等几位业内专家对充电桩建设中的地位选取及其关联因素做出了系统而深入的研究，参考着眼前的政策需求，以及当地经济发展给充电桩建设所带来的影响，进而给出了充电桩建设中所必须遵循的四条基准：即便捷性基准，经济适用性基准、可靠性基准及可操作性基准。2017年业内专家艾欣等人针对城市内电动节能汽车充电桩的地位选择及容量拟定要求，构建出了兼顾充电企业运营需求、电动节能汽车的充电业主、终端客户以及电网系统等整体性利益的充电站站位选择以及相关的定容数学模型，借助于仿真退火粒子族优选算法来对其问题做出求解过程，借助于算例结果说明，选取所定算法可实现城市区域内电动节能型汽车充电桩区位选取的实际可操作性及实效性。有人曾针对现实呈现出的“车多无站，建站无车”情况，拟定出一款立足于客户充电可完美实现准则的电动节能型汽车充电桩建站布局方案。利用动态型的规划衡算法进行求解并且由此来获取到的电动型汽车最低可实现的电容量，这两项内容均可用来辅助于充电站的服务项目选取;最终，运用最微化的充电设施建造成本、最广阔的充电站业务辐射体系，构建充电桩选址的数学模型。[3]

相对于充电装置的容量确定问题，现在亦已经有了很多的研究范例：2013年业内人士葛少云先生等人在估算电动节能型汽车的充电操作需求时，把路网系统中的交通容量利用每个交通路口的车行流量来取代，采用积分来估算充电负荷的需求，进而依照其需求来判定本地域的充电容量。2014年业内专家陈婷等几位人士推出了遵从电网建设规划与具体配置为要求的定容数学模型。2016年卢芳专家对电动节能汽车充电业务开展现状做出了在定性及定量方面的研究工作，拟建出了电动节能汽车充电桩前的排队等候模型，进而依据排队状况来对充电站机构作出定容判断。[4]

三、充电模型构建

1.模型數据假设

电动节能汽车的本地区保有量和本地区的居住人口密度大小成正向比例。其要求的充电站业务覆盖区域半径为450m。

2.充电装置待建地域遴选数学模型

针对0-1数字分级规划的定义和其基本形态的线性规划问题是说研究线性化的控制标准下线性目标函数求极值问题的数学基本理论、求算方法。

3.模型实况

我们以某地4个地铁站围成的方形区域。在该区域中、选取、12个待建点分布在休闲区，住宅区，办公区等区域，在图中为红色标记点。

（1）对所有待建点进行费用和便利度打分，形成打分矩阵。对于每一个点的费用等级，起步是2分，建立在停车场里面费用减1，附近有学校商场等费用加1;每个点的便利性，起步是2分，有商、办公楼、小区等加1。

（2）确定待建点与需求点的距离，若距离≤400m，则dij=1;若距离大于400m，则dij=0。

（3）进行0-1规划问题建模。利用Matlab进行求解。

根据程序的结果可以得到，在待建点1、2、3、4、8、9、11、12建立充电站，可以保证每个需求点周围400m都有充电站且费用最低。

结语

随着环保问题日益严峻，政府大力推进电动车的普及，电动车的比例都日益上升，因此如何合理科学地对充电站进行布局便成为研究的重点。但之前的研究大多是以建设费用为目标函数进行优化，只考虑了单一的变量。

参考文献

[1]魏国，商慧杰，朱春波，逯仁贵.电动汽车交流充电桩系统设计[J].现代电子技术.2012（21）.

[2]陈良亮，张浩，倪峰，朱金大.电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J].电力系统自动化.2011（14）.

[3]汪子夜.电动汽车充电桩调度管理系统研究与设计[D].电子科技大学2016.

[4]叶冠南.基于GPRS的智能充电桩数据管理系统的设计与实现[D].浙江工业大学2014.