华电科研人员提出基于网络流的共享电动汽车优化调度方法

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随着移动互联网技术的广泛应用和新能源汽车的推广，近几年我国多地相继出台新能源汽车分时租赁相关政策，鼓励新能源汽车租赁行业的发展。共享汽车通过车辆使用权的租赁，提高了汽车使用效率，缓解交通拥堵，保护环境，节约资源。当前电动共享汽车租赁业务作为一种更加环保的商业模式，面临新的发展机遇。

处于可租赁状态的共享汽车与租车客户在时空分布上的不匹配，是共享汽车运营商日常运营中面临的核心焦点问题。针对共享电动汽车，由于电池续航里程较传统燃油车一箱油可行使里程小，租车客户存在里程焦虑问题；且每日运营中需要预留小时级的充电补给时间，挤占共享汽车可提供服务的时间。这些极大程度地影响了共享汽车运营商的收益与租车客户的满意度。因此，伴随电动共享汽车的发展，共享汽车的优化调配问题研究面临更加严峻的新挑战。

传统燃油共享汽车的优化调配问题已有一定的研究成果积累。根据调配主体的不同，有基于顾客的调配和基于调配员的调配两种模式：基于顾客的调配方式，受租车顾客行为的不确定性影响大；基于调配员的调配方式，需要额外付出调配员的人力成本，但因调配员的行为可控而具有更好的优化效果。

共享汽车的优化调配模型通常以运营商利润最大、运行成本最小或客户满意度最高为目标，采用混合整数规划、两阶段随机规划以及启发式算法优化求解。然而以电动汽车作为共享汽车时，共享汽车运营商在决策车辆优化调配方案时还需联合决策车辆的充电计划。

针对电动汽车的充电计划，许多文献从不同角度开展了电动汽车的充电优化研究，包括电动私家车、出租车、公交车。但是针对新兴发展的电动共享汽车的优化调度研究尚处于起步阶段。共享电动汽车作为一种新兴商业模式，开展面向共享电动汽车的优化调度，研究有利于升级智慧出行，促进电力交通互联网深度融合。共享汽车运营商优化调度的目的是实现净收益最大化，即以最小的成本投入来最大化地满足租车用户需求。

可租赁状态的共享汽车与租车客户在时空分布上的不匹配，是共享汽车运营商提高收益面临的焦点问题。华北电力大学电气与电子工程学院、国网吉林省电力有限公司电力科学研究院的研究人员程瑜、邰宇峰、丁肇豪、卢莹，在2022年《电工技术学报》增刊1上撰文，建立共享电动汽车优化调度混合整数线性规划模型，实现车辆调配与充电计划的联合优化。

图1  模型框架示意图

他们基于网络流模型，计及电动汽车充电对车辆可提供租赁服务状态的影响，同时实现时间和空间维度的共享汽车租赁业务供需匹配分析；并结合租赁业务特点，提出租赁站点车流量守恒约束、共享车辆状态转移守恒约束。以调度周期内运营商净收益最大为优化目标，考虑路网、车、租赁需求及充电网络约束，建立共享电动汽车优化调度混合整数线性规划模型，同时优化决策车辆调配方案和充电计划。

研究人员指出，结合共享电动汽车租赁业务特点，在传统网络流分析模型中，添加共享电动汽车的车辆状态约束、状态转移守恒约束以及租赁站车流量守恒约束，嵌入车辆承接共享订单可用性的状态判断，可实现共享电动汽车租赁业务时空维度的供需匹配分析。共享电动汽车优化调度的收益水平与车辆数量和车载电池容量关联，算例中运营商收益提高了32.91%，需求满足量提高了50%。

他们表示，共享电动汽车作为电动汽车推广发展的新兴商业模式，发展空间广阔。该模型尚未考虑道路拥堵的不确定性影响，以及调配策略对车载电池寿命损耗的影响，后续有待开展更精准的建模研究，进一步提高共享电动汽车运营商的收益与租赁服务能力，提高用户满意度，促进绿色智慧电力交通互联网的建设。

本文编自2022年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“基于网络流的共享电动汽车优化调度”。本课题得到了国家自然科学基金的支持。

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