О совместной оптимизации размещения зарядных станций, маршрутизации электробусов и расписаний зарядки

Цели. При замене парка дизельных автобусов парком электробусов актуальной является задача планирования состава парка, зарядной инфраструктуры, ориентированной на быструю подзарядку на терминалах маршрутов, и расписаний зарядки электробусов.  Цель исследования заключается в создании моделей и методов выработки экономически эффективных решений по выбору парка электробусов, зарядной инфраструктуры такого типа с учетом ряда специфических условий. Функционирование парка и зарядной инфраструктуры моделируется для терминалов маршрутов в представительном интервале дня, характеризующемся наибольшей интенсивностью пассажиропотока и максимальным расходом электроэнергии.

Методы. Используются методы теории множеств, теории графов, математического программирования.

Результаты. Разработана математическая модель задачи оптимизации однородного парка электробусов, назначения электробусам сервисных рейсов, размещения и количеств зарядных станций быстрой зарядки на терминалах маршрутов и расписания зарядки на них электробусов. В качестве целевой функции выбрана суммарная дневная стоимость электробусов, зарядных станций и потребленной электроэнергии. Предложена двухуровневая декомпозиционная схема решения задачи, на верхнем уровне которой осуществляется выбор назначения электробусов на сервисные рейсы из заданного набора, а на нижнем определяется инфраструктура однородных зарядных станций терминалов и расписания зарядки на них электробусов при фиксированном назначении электробусам сервисных рейсов. Для решения подзадачи верхнего уровня предложен эвристический рандомизированный алгоритм, для подзадачи нижнего уровня разработана модель смешанного целочисленного линейного программирования.

Заключение.  Решение подзадачи верхнего уровня заключается в выборе назначения электробусов на сервисные рейсы из заданного набора. Для решения сформулированной подзадачи нижнего уровня могут использоваться стандартные решатели типа IBM ILOG CPLEX, Gurobi Optimizer.

1. Dirks N., Schiffer M., Walther G. On the integration of battery electric buses into urban bus networks. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2022, vol. 139, р. 103628. DOI: 10.1016/j.trc.2022.103628.

2. Gao Z., Lin Z., LaClair T. J., Liu C., Li J.-M., …, Ward J. Battery capacity and recharging needs for electric buses in city transit service. Energy, 2017, vol. 122, pp. 588-600.

3. Olsson O., Grauers A., Pettersson S. Method to analyze cost effectiveness of different electric bus systems. EVS29 International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium, Montreal, Quebec, Canada, June 2016, pp. 1-12.

4. Guschinsky N., Kovalyov M. Y., Rozin B., Brauner N. Fleet and charging infrastructure decisions for fast-charging city electric bus service. Computers and Operations Research, 2021, vol. 135, р. 105449. DOI: 10.1016/j.cor.2021.105449.

5. Battaïa O., Dolgui A., Guschinsky N., Kovalev M. Y. Designing fast-charge urban electric bus services: An Integer Linear Programming model. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2023, vol. 171, р. 103065. DOI: 10.1016/j.tre.2023.103065.

6. Nath R. B., Rambha T., Schiffer M. On the impact of co-optimizing station locations, trip assignment, and charging schedules for electric buses. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2024, vol. 167, р. 104839.

7. Quttineh N.-H., Häll C. H., Ekström E. J., Ceder A. Integrated solution for electric bus timetabling and vehicle scheduling combined with choices of charging locations. Journal of Public Transportation, 2023, vol. 25, р. 100055.

8. Alvo M., Angulo G., Klapp M. A. An exact solution approach for an electric bus dispatch problem. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2021, vol. 156, р. 102528.