基于熵權模糊物元法的新能源汽車充電設施選址研究

胡興旺　周三玲　李景軒　藍宇靈　何嘉晟

摘 要：新能源汽車充電設施的選址研究是新能源汽車推廣應用的關鍵環(huán)節(jié)之一。項目以仙林大學城為研究對象，在查閱文獻資料和充分調研的基礎上，發(fā)現(xiàn)其存在充電設施不足、布局不合理，未有效利用社會公共閑置資源、充電設施選址缺少系統(tǒng)的評價等問題。基于此背景，積極探索了一種基熵權模糊物元法的充電設施選址評價方案。在充分考慮社會公共閑置資源利用這一前提下，確定了10個備選站點，通過構建備選方案評價指標體系，運用熵權模糊物元法對備選站址進行評價，最終確定出選址方案。該研究為擬建的充電站布點規(guī)劃提供參考依據(jù)。

關鍵詞：新能源汽車充電站 設施選址 熵權模糊物元 評價

1 引言

在環(huán)境和能源問題日益嚴峻與各國政府大力推動節(jié)能減排政策背景下，全球汽車行業(yè)正在迅速轉型到新能源汽車領域中。商務部數(shù)據(jù)顯示，2021年，我國新能源汽車銷量達352.1萬輛，同比增長1.6倍，占新車銷售比例躍升至13.4%，同比增長8個百分點。根據(jù)BloombergNEF數(shù)據(jù)，預計到2025年我國25%的新車為新能源汽車，全球電動車銷量將達到1070萬輛，2030年將達到2820萬輛。但隨著新能源汽車數(shù)量的高速增長，新能源汽車行業(yè)各種類型的問題也接踵而來。

一方面，我國對充電基礎設施的需求量極大，充電設施的建設和布局一直面臨著巨大挑戰(zhàn)，阻礙了新能源汽車市場的快速增長。另一方面，由于當前可查閱的國內學者對新能源汽車充電設施選址評價的資料并不豐富，大部分的學者聚焦于新能源汽車充電設施的布局規(guī)劃[1]。龍虹毓等[2]針對山地城市電動汽車充電站的規(guī)劃需求，研究了山地城市道路特性，改進了充電負荷預測與充電站規(guī)劃方。周小婷[3]運用二次指數(shù)平滑的彈性系數(shù)法對私人汽車保有量進行預測，并運用排隊論模型對充電設施數(shù)量及其服務能力進行分析，最終提出利用用戶充電體驗滿意度來對站內設施服務效率進行評價。段昕瑋[4]以充電負荷需求為基礎計算分散式快慢充電樁高情景下的配建情況，對該城市充電基礎設施進行了規(guī)劃。李子等[5]采用層次分析法預測了電動汽車保有量、年充電量和需新建充電站數(shù)量，并根據(jù)泰森多邊圖對充電站進行了規(guī)劃。由于缺乏科學合理的方法來評價充電設施選址，導致許多現(xiàn)有的新能源汽車充電設施運營效率低下、客戶滿意度低、選址不合理等問題。基于此背景，以仙林大學城為研究對象，旨在探索一種基于熵權模糊物元法的充電設施選址評價方案，為規(guī)劃充電站和擬建的充電站規(guī)劃布點提供參考依據(jù)。在為規(guī)劃、設計和管理人員提供決策依據(jù)的同時，也能為充電站的投資者提供投資導向，深化電力供給側改革，助力“雙碳”目標實現(xiàn)，達到節(jié)能減排的效用。

2 仙林大學城新能源汽車充電站選址方案

根據(jù)仙林高校所具備的技術支持以及政府對節(jié)能減排這一政策的重視，充分利用仙林大學城中大學停車場以及政府辦公處的停車場。同時通過收集關于仙林大學城的學校、周圍住宅區(qū)、商業(yè)圈的分布資料后，選出了10個新能源汽車充電站備選地址如圖1所示。

圖中地址對應編號：①江江蘇省南京市棲霞區(qū)南京師范大學仙林校區(qū)行敏樓地下停車場；②江蘇省南京市棲霞區(qū)南京郵電大學仙林校區(qū)學科樓地下停車場；③江蘇省南京市棲霞區(qū)南京大學仙林校區(qū)第二運動場地下停車場；④江蘇省南京市棲霞區(qū)城市管理局文成路1號；⑤江蘇省南京市棲霞區(qū)棲霞政府辦事處紅楓街21號；⑥江蘇省南京市棲霞區(qū)南京財經(jīng)大學仙林校區(qū)教A；⑦江蘇省南京市棲霞區(qū)文瀾路89號南京理工大學紫金學院；⑧江蘇省南京市棲霞區(qū)南京工業(yè)職業(yè)技術大學停車場；⑨江蘇省南京市棲霞區(qū)國電科學技術研究院停車場；⑩江蘇省南京市棲霞區(qū)紀律檢查委員會。

3 基于熵權模糊物元法的充電站選址方案評價

3.1 充電站布局評價指標構建

充電站的布局選址涉及的內容較為復雜，在考慮充電站布局選址評價指標選取時，本次選址從環(huán)境、規(guī)劃、交通等三個方面進一步細分，確定周邊環(huán)境影響、仙林大學城路網(wǎng)規(guī)劃、總體規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃等8個評價指標，建立充電站的布局選址評價指標體系如圖2所示。

3.2 備選地址基本情況調研

根據(jù)圖2所建立的充電站選址布局評價體系，參考相關文獻，并走訪相關部門，建立了3個要素、8個評價指標的復合模糊物元，10座備選站點基本情況如表1所示。

3.3 建立評價模型

3.3.1 構建復合模糊物元

新能源汽車充電站選址評價樣本M中存在ｍ個待評價指標C1，C2，…，Cm，與其相對應的模糊量值分別為X1，X2，…，Xm ，稱R為m維模糊物元。

R表示n個待評價事物的m維復合模糊物元，則對應的模糊量值Xji稱為第j個樣本的第i項指標的模糊量值。（j＝１，２，…，n；i=1，2，…，m）

3.3.2 計算從優(yōu)隸屬度

越小越優(yōu)型評價指標的從優(yōu)隸屬度為：

Uji=Min Xji/Xji ? ? ? ? ? ? ? ?式（1）

越大越優(yōu)型評價指標的從優(yōu)隸屬度為：

Uji=Xji/Max Xji ? ? ? ? ? ? ? ?式（2）

計算結果如下：

3.3.3 計算標準模糊物元和差平方模糊物元

由復合模糊物元Rnm各待評價指標從優(yōu)隸屬度中的最大、最小值R0m確定中各項值，即：

以Δij（j=1，2，…，n；i=1，2，…，m）表示標準模糊物元 R0m與復合模糊物元Rnm各項的差的平方，得到差平方復合模糊物元RΔ，其中：Δij＝（U0i-Uij）2；j=1，2，…，n；i=1，2，…，m。

3.3.4 確定評價指標的權重系數(shù)

于越小越優(yōu)型指標，B的元素按式：

bji=Max Xji-Xji/Max Xji-Min Xji? ? ? ?式（3）

對于越大越優(yōu)型指標，B的元素按式：

bji=Xji-Min Xji/ Max Xji-Min Xji? ? ? ? 式（4）

根據(jù)式（3）和式（4）構建指標層的歸一化判斷矩陣B，通過式（5）、（6）計算評價指標的熵Hi、熵權Wi。

式（5）

其中，，當fji=0時，infji沒有意義，需要進行修改，改為

式（6）

其中，Wi=1，0≤Wi≤1

計算得：

Hi=（0.8336，0.9999，0.8336，0.8336，0.8336，0.8336，0.6309，0.6309）

Wi=（0.0504，0.0001，0.0504，0.0504，0.0504，0.0504，0.1597，0.1597）

3.3.5 歐式貼近度計算

；

（j=1，2，...n） ? ? ? ? ? ? ? ?式（7）

由式（7）計算得出：

3.3.6 結果分析

根據(jù)歐式貼近度計算結果，10種備選地址的優(yōu)先順序為：

①>⑥>③>⑨>⑦>②>⑤>⑧>⑩>④，即①選址最好，以此排列，④最差。

根據(jù)充電站需求，最終選出①、⑥、③、⑨、⑦、②、⑤這七個地點作為新能源汽車充電站地址，如圖3所示為所確定的充電站具體地址。

4 結語

對于新能源汽車充電設施選址評價問題，首先確定了仙林大學城新能源汽車充電樁選址方案，并構建充電站選址方案的評價指標體系。然后，基于熵權模糊物元法構建了新能源汽車充電設施選址的評價模型。最終分析并選取了7個作為新能源汽車充電站地址。

基于熵權模糊物元法的充電設施選址評價研究，綜合考慮多個評價指標，全面細致地評估了備選站址的優(yōu)劣。通過數(shù)學模型和算法的運用，增加了評價結果的客觀和科學性，減少了主觀偏見的影響。此外，該方法具有靈活性和普適性，能夠根據(jù)實際中不同需求和條件進行調整，可推廣應用于不同區(qū)域的新能源汽車充電設施的分析與建設中，為形成有針對性的建設方案提供參考。

盡管提出的充電站布局評價指標及選址評價模型可以比較客觀地評價新能源汽車充電設施地址的優(yōu)劣，但仍存在一些問題與不足。在之后的研究中，應將更多的實際因素納入考慮范圍，如交通流量、用電需求、電網(wǎng)負荷等，以完善充電設施選址評價體系，從而有效提高新能源汽車充電設施的質量與服務水平。

基金項目：江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，項目編號：202213654008Y。

參考文獻：

[1]吳麗霞．城市電動汽車充電站布局規(guī)劃研究[D]．重慶：重慶交通大學，2017.

[2]龍虹毓，周游，陳芳幸，等.基于山地城市電動汽車負荷特性的充電設施規(guī)劃[J].現(xiàn)代電力，2023：1-10.

[3]周小婷. 電動汽車充電站布局問題研究[D].合肥：河北工業(yè)大學，2020.

[4]段昕瑋. 電動汽車充電基礎設施規(guī)劃系統(tǒng)研究[D].長春：吉林大學，2022.

[5]李子，劉亮，丁玲，等.基于泰森多邊圖的分場景充電基礎設施規(guī)劃[J].電網(wǎng)與清潔能源，2023，39（03）：131-135+142.