面向節(jié)能環(huán)保的充電樁數(shù)學(xué)分析獲獎科研報告

面向節(jié)能環(huán)保的充電樁數(shù)學(xué)分析獲獎科研報告摘要：當(dāng)今時期我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)正在以超常的發(fā)展速度向前邁進(jìn)，人們生活中的物質(zhì)條件發(fā)生了明顯的改善。但是在經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速推進(jìn)，人們的物質(zhì)需求獲得極大滿足的趨勢下，我們?nèi)祟惥幼〉牡厍颦h(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(xué)技術(shù)來降低自然界的受污染程度，并巧妙運用我們?nèi)祟愃莆盏目萍贾R特別是數(shù)學(xué)學(xué)科知識來服務(wù)于這一偉大的環(huán)保工程是我們當(dāng)前亟待解決的首要任務(wù)。本文對數(shù)學(xué)知識在節(jié)能環(huán)保充電樁建設(shè)中的應(yīng)用做以闡述。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保;充電樁建設(shè);數(shù)學(xué)應(yīng)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(jìn)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(jī)遇。然而有業(yè)內(nèi)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(nèi)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(biāo)，不管國家是否給予永遠(yuǎn)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(jìn)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(xué)特點

依據(jù)我國汽車行業(yè)組織內(nèi)部的相關(guān)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(guān)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(kuò)展，然而新型節(jié)能充電樁的建造卻遲遲未能達(dá)到現(xiàn)時電動汽車充電的需求，同時關(guān)于充電樁的建設(shè)讓還顯現(xiàn)出了布局的不完整性及不恰當(dāng)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(shè)置區(qū)位的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)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(shè)充電站的地位選擇及容量確定展開數(shù)學(xué)建模分析，并擬定出對應(yīng)的充電樁建造容量方案。[2]

新型節(jié)能汽車市場前景預(yù)測（2017～2030年）

二、充電站建設(shè)數(shù)學(xué)依據(jù)

在2012年，有業(yè)內(nèi)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(yīng)同時匹配于當(dāng)?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(biāo)性函數(shù)，以當(dāng)?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(xué)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(nèi)專家對充電樁建設(shè)中的地位選取及其關(guān)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展給充電樁建設(shè)所帶來的影響，進(jìn)而給出了充電樁建設(shè)中所必須遵循的四條基準(zhǔn)：即便捷性基準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)適用性基準(zhǔn)、可靠性基準(zhǔn)及可操作性基準(zhǔn)。2017年業(yè)內(nèi)專家艾欣等人針對城市內(nèi)電動節(jié)能汽車充電樁的地位選擇及容量擬定要求，構(gòu)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(guān)的定容數(shù)學(xué)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(jié)果說明，選取所定算法可實現(xiàn)城市區(qū)域內(nèi)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(zhǔn)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(jìn)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(nèi)容均可用來輔助于充電站的服務(wù)項目選取;最終，運用最微化的充電設(shè)施建造成本、最廣闊的充電站業(yè)務(wù)輻射體系，構(gòu)建充電樁選址的數(shù)學(xué)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(nèi)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(fù)荷的需求，進(jìn)而依照其需求來判定本地域的充電容量。2014年業(yè)內(nèi)專家陳婷等幾位人士推出了遵從電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃與具體配置為要求的定容數(shù)學(xué)模型。2016年盧芳專家對電動節(jié)能汽車充電業(yè)務(wù)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(jìn)而依據(jù)排隊狀況來對充電站機(jī)構(gòu)作出定容判斷。[4]

三、充電模型構(gòu)建

1.模型數(shù)據(jù)假設(shè)

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(wù)覆蓋區(qū)域半徑為450m。

2.充電裝置待建地域遴選數(shù)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)下線性目標(biāo)函數(shù)求極值問題的數(shù)學(xué)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(biāo)記點。

（1）對所有待建點進(jìn)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(xué)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(jìn)行0-1規(guī)劃問題建模。利用Matlab進(jìn)行求解。

根據(jù)程序的結(jié)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