基于熵权模糊物元法的新能源汽车充电设施选址研究

胡兴旺　周三玲　李景轩　蓝宇灵　何嘉晟

摘 要：新能源汽车充电设施的选址研究是新能源汽车推广应用的关键环节之一。项目以仙林大学城为研究对象，在查阅文献资料和充分调研的基础上，发现其存在充电设施不足、布局不合理，未有效利用社会公共闲置资源、充电设施选址缺少系统的评价等问题。基于此背景，积极探索了一种基熵权模糊物元法的充电设施选址评价方案。在充分考虑社会公共闲置资源利用这一前提下，确定了10个备选站点，通过构建备选方案评价指标体系，运用熵权模糊物元法对备选站址进行评价，最终确定出选址方案。该研究为拟建的充电站布点规划提供参考依据。

关键词：新能源汽车充电站 设施选址 熵权模糊物元 评价

1 引言

在环境和能源问题日益严峻与各国政府大力推动节能减排政策背景下，全球汽车行业正在迅速转型到新能源汽车领域中。商务部数据显示，2021年，我国新能源汽车销量达352.1万辆，同比增长1.6倍，占新车销售比例跃升至13.4%，同比增长8个百分点。根据BloombergNEF数据，预计到2025年我国25%的新车为新能源汽车，全球电动车销量将达到1070万辆，2030年将达到2820万辆。但随着新能源汽车数量的高速增长，新能源汽车行业各种类型的问题也接踵而来。

一方面，我国对充电基础设施的需求量极大，充电设施的建设和布局一直面临着巨大挑战，阻碍了新能源汽车市场的快速增长。另一方面，由于当前可查阅的国内学者对新能源汽车充电设施选址评价的资料并不丰富，大部分的学者聚焦于新能源汽车充电设施的布局规划[1]。龙虹毓等[2]针对山地城市电动汽车充电站的规划需求，研究了山地城市道路特性，改进了充电负荷预测与充电站规划方。周小婷[3]运用二次指数平滑的弹性系数法对私人汽车保有量进行预测，并运用排队论模型对充电设施数量及其服务能力进行分析，最终提出利用用户充电体验满意度来对站内设施服务效率进行评价。段昕玮[4]以充电负荷需求为基础计算分散式快慢充电桩高情景下的配建情况，对该城市充电基础设施进行了规划。李子等[5]采用层次分析法预测了电动汽车保有量、年充电量和需新建充电站数量，并根据泰森多边图对充电站进行了规划。由于缺乏科学合理的方法来评价充电设施选址，导致许多现有的新能源汽车充电设施运营效率低下、客户满意度低、选址不合理等问题。基于此背景，以仙林大学城为研究对象，旨在探索一种基于熵权模糊物元法的充电设施选址评价方案，为规划充电站和拟建的充电站规划布点提供参考依据。在为规划、设计和管理人员提供决策依据的同时，也能为充电站的投资者提供投资导向，深化电力供给侧改革，助力“双碳”目标实现，达到节能减排的效用。

2 仙林大学城新能源汽车充电站选址方案

根据仙林高校所具备的技术支持以及政府对节能减排这一政策的重视，充分利用仙林大学城中大学停车场以及政府办公处的停车场。同时通过收集关于仙林大学城的学校、周围住宅区、商业圈的分布资料后，选出了10个新能源汽车充电站备选地址如图1所示。

图中地址对应编号：①江江苏省南京市栖霞区南京师范大学仙林校区行敏楼地下停车场；②江苏省南京市栖霞区南京邮电大学仙林校区学科楼地下停车场；③江苏省南京市栖霞区南京大学仙林校区第二运动场地下停车场；④江苏省南京市栖霞区城市管理局文成路1号；⑤江苏省南京市栖霞区栖霞政府办事处红枫街21号；⑥江苏省南京市栖霞区南京财经大学仙林校区教A；⑦江苏省南京市栖霞区文澜路89号南京理工大学紫金学院；⑧江苏省南京市栖霞区南京工业职业技术大学停车场；⑨江苏省南京市栖霞区国电科学技术研究院停车场；⑩江苏省南京市栖霞区纪律检查委员会。

3 基于熵权模糊物元法的充电站选址方案评价

3.1 充电站布局评价指标构建

充电站的布局选址涉及的内容较为复杂，在考虑充电站布局选址评价指标选取时，本次选址从环境、规划、交通等三个方面进一步细分，确定周边环境影响、仙林大学城路网规划、总体规划、电网规划等8个评价指标，建立充电站的布局选址评价指标体系如图2所示。

3.2 备选地址基本情况调研

根据图2所建立的充电站选址布局评价体系，参考相关文献，并走访相关部门，建立了3个要素、8个评价指标的复合模糊物元，10座备选站点基本情况如表1所示。

3.3 建立评价模型

3.3.1 構建复合模糊物元

新能源汽车充电站选址评价样本M中存在ｍ个待评价指标C1，C2，…，Cm，与其相对应的模糊量值分别为X1，X2，…，Xm ，称R为m维模糊物元。

R表示n个待评价事物的m维复合模糊物元，则对应的模糊量值Xji称为第j个样本的第i项指标的模糊量值。（j＝１，２，…，n；i=1，2，…，m）

3.3.2 计算从优隶属度

越小越优型评价指标的从优隶属度为：

Uji=Min Xji/Xji                式（1）

越大越优型评价指标的从优隶属度为：

Uji=Xji/Max Xji                式（2）

计算结果如下：

3.3.3 计算标准模糊物元和差平方模糊物元

由复合模糊物元Rnm各待评价指标从优隶属度中的最大、最小值R0m确定中各项值，即：

以Δij（j=1，2，…，n；i=1，2，…，m）表示标准模糊物元 R0m与复合模糊物元Rnm各项的差的平方，得到差平方复合模糊物元RΔ，其中：Δij＝（U0i-Uij）2；j=1，2，…，n；i=1，2，…，m。

3.3.4 确定评价指标的权重系数

于越小越优型指标，B的元素按式：

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

对于越大越优型指标，B的元素按式：

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

根据式（3）和式（4）构建指标层的归一化判断矩阵B，通过式（5）、（6）计算评价指标的熵Hi、熵权Wi。

式（5）

其中，，当fji=0时，infji没有意义，需要进行修改，改为

式（6）

其中，Wi=1，0≤Wi≤1

计算得：

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 欧式贴近度计算

；

（j=1，2，...n）                式（7）

由式（7）计算得出：

3.3.6 結果分析

根据欧式贴近度计算结果，10种备选地址的优先顺序为：

①>⑥>③>⑨>⑦>②>⑤>⑧>⑩>④，即①选址最好，以此排列，④最差。

根据充电站需求，最终选出①、⑥、③、⑨、⑦、②、⑤这七个地点作为新能源汽车充电站地址，如图3所示为所确定的充电站具体地址。

4 结语

对于新能源汽车充电设施选址评价问题，首先确定了仙林大学城新能源汽车充电桩选址方案，并构建充电站选址方案的评价指标体系。然后，基于熵权模糊物元法构建了新能源汽车充电设施选址的评价模型。最终分析并选取了7个作为新能源汽车充电站地址。

基于熵权模糊物元法的充电设施选址评价研究，综合考虑多个评价指标，全面细致地评估了备选站址的优劣。通过数学模型和算法的运用，增加了评价结果的客观和科学性，减少了主观偏见的影响。此外，该方法具有灵活性和普适性，能够根据实际中不同需求和条件进行调整，可推广应用于不同区域的新能源汽车充电设施的分析与建设中，为形成有针对性的建设方案提供参考。

尽管提出的充电站布局评价指标及选址评价模型可以比较客观地评价新能源汽车充电设施地址的优劣，但仍存在一些问题与不足。在之后的研究中，应将更多的实际因素纳入考虑范围，如交通流量、用电需求、电网负荷等，以完善充电设施选址评价体系，从而有效提高新能源汽车充电设施的质量与服务水平。

基金项目：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目，项目编号：202213654008Y。

参考文献：

[1]吴丽霞．城市电动汽车充电站布局规划研究[D]．重庆：重庆交通大学，2017.

[2]龙虹毓，周游，陈芳幸，等.基于山地城市电动汽车负荷特性的充电设施规划[J].现代电力，2023：1-10.

[3]周小婷. 电动汽车充电站布局问题研究[D].合肥：河北工业大学，2020.

[4]段昕玮. 电动汽车充电基础设施规划系统研究[D].长春：吉林大学，2022.

[5]李子，刘亮，丁玲，等.基于泰森多边图的分场景充电基础设施规划[J].电网与清洁能源，2023，39（03）：131-135+142.