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浙江大学学报(工学版)  2023, Vol. 57 Issue (9): 1785-1793    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.010
交通工程     
电动汽车充电平台充电桩数量和价格协同优化
陈喜群1(),钱忆薇2,莫栋1
1. 浙江大学 建筑工程学院 智能交通研究所,浙江 杭州 310058
2. 浙江大学 工程师学院 智能交通研究所,浙江 杭州 310058
Collaborative optimization of charging pile quantity and price for electric vehicle charging platform
Xi-qun CHEN1(),Yi-wei QIAN2,Dong MO1
1. Institute of Intelligent Transportation Systems, College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. Polytechnic Institute & Institute of Intelligent Transportation Systems, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
 全文: PDF(2393 KB)   HTML
摘要:

基于随机效用最大化理论,提出电动汽车充电平台用户端的用户行为决策模型. 在满足车辆服务需求和充电站约束条件下,分别推导企业利润最大化和社会福利最大化目标函数下的卡罗需-库恩-塔克(KKT)条件、最优数量和最优价格,通过数值实验分析参数敏感性. 最优化结果表明,合适的充电价格和充电桩数量决定用户前往不同区域充电的意愿,充电价格和充电桩数量在多区域多时段都有最优解. 模型结果表明:在空间上,价格和数量随距离增加呈现递减趋势,且递减幅度增大;在时间上,高峰期的定价高于低谷期的定价,低谷期的区域间定价差异大于高峰期的区域间定价差异. 对比不同目标,社会福利最大化目标下的最优充电价格普遍低于利润最大化目标下的价格,社会福利最大化下的最优充电桩数量多于利润最大化下的充电桩数量. 敏感性参数分析结果表明,电池容量、单位电池容量的充电时长、多项Logit(MNL)模型中的敏感度均与目标结果呈现负相关,与感知效用呈正相关.

关键词: 电动汽车(EV)充电平台用户行为决策模型敏感性分析协同优化    
Abstract:

A driver behavior decision model on the user side of electric vehicle (EV) charging platform was proposed based on the random utility maximization theory. Under the requirements of vehicle service and the constraints of charging stations, the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions, optimal quantity and charging price of different functions were derived for the objective functions of platform profit maximization and social welfare maximization, respectively. The parameter sensitivity was analyzed through the numerical experiments. The optimization results show that the appropriate charging price and the number of charging piles determine EV drivers’ willingness to different regions, the number of charging piles and the charging price have optimal solutions in multiple regions and periods. The model results show that, in spatial terms, the price and the quantity decrease with the distance increasing; in temporal terms, the pricing during the peak period is higher than that during the low period, and inter-regional pricing differences during the low period are more significant than those during the peak periods. Compared with different goals, the optimal charging price in social welfare maximization state is lower than that in profit maximization state, and the optimal number of charging piles to achieve maximum social welfare is more than that to achieve maximum profit. Results of sensitivity parameter analysis showed that, the battery capacity, the charging duration for unit battery capacity, and the sensitivity factor of multinomial Logit (MNL) model were negatively correlated with the target results, while positively correlated with users’ perceived utility.

Key words: electric vehicle (EV)    charging platform    user behavior decision model    sensibility analysis    collaborative optimization
收稿日期: 2022-10-20 出版日期: 2023-10-16
CLC:  F 572  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(72171210);浙江省自然科学基金资助项目(LZ23E080002)
作者简介: 陈喜群(1986—),男,长聘教授,博士,从事交通运输管理和智能交通系统研究. orcid.org/0000-0001-8285-084X. E-mail: chenxiqun@zju.edu.cn
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陈喜群
钱忆薇
莫栋

引用本文:

陈喜群,钱忆薇,莫栋. 电动汽车充电平台充电桩数量和价格协同优化[J]. 浙江大学学报(工学版), 2023, 57(9): 1785-1793.

Xi-qun CHEN,Yi-wei QIAN,Dong MO. Collaborative optimization of charging pile quantity and price for electric vehicle charging platform. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2023, 57(9): 1785-1793.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.010        https://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2023/V57/I9/1785

年份 CT
个人所得税 企业所得税
2017 11 966.37 32 117.29
2018 13 871.97 35 323.71
2019 10 388.53 37 303.77
2020 11 568.26 36 425.81
2021 13 992.68 42 042.38
表 1  2017—2021年全国公共税收情况
行政区 $ {D}_{j}^{0} $ $ {D}_{j}^{1} $
上城区 8 000 4 500
西湖区 6 000 3 100
余杭区 4 000 1 800
表 2  杭州市3个行政区的日充电需求量
图 1  杭州市3个行政区的充电桩分布及日充电需求量分布
行政区 Lij
上城区 西湖区 余杭区
上城区 0 15 30
西湖区 15 0 42
余杭区 30 42 0
表 3  区域间的通行成本
图 2  多区域协同调价决策变量及利润的趋势变化
图 3  多区域协同调价决策变量及社会福利的趋势变化
行政区 $ \mathop p\nolimits_i^t $/元 Ni $ \mathop N\nolimits_{it}^{\rm{v}} $
高峰期 低谷期 高峰期 低谷期
上城区 1.67 1.35 288 51 85
西湖区 1.62 1.32 278 58 106
余杭区 1.57 1.28 183 50 92
表 4  利润最大化下最优价格和充电桩数量
行政区域 $\mathop D\nolimits_{ij}^t $ 行政区域 $\mathop D\nolimits_{ij}^t $
高峰期 低谷期 高峰期 低谷期
上城区?上城区 1374 1194 余杭区?西湖区 40 28
西湖区?上城区 232 184 上城区?余杭区 27 22
余杭区?上城区 12 8 西湖区?余杭区 64 48
上城区?西湖区 348 292 余杭区?余杭区 820 551
西湖区?西湖区 1112 856 —— —— ——
表 5  利润最大化下的日充电需求量
行政区 $\mathop p\nolimits_i^t $/元 Ni $ \mathop N\nolimits_{it}^{\rm{v}} $
高峰期 低谷期 高峰期 低谷期
上城区 1.62 1.28 309 52 86
西湖区 1.56 1.23 300 59 108
余杭区 1.51 1.20 195 51 94
表 6  社会福利最大化下最优价格和充电桩数量
行政区域 $\mathop D\nolimits_{ij}^t $ 行政区域 $\mathop D\nolimits_{ij}^t $
高峰期 低谷期 高峰期 低谷期
上城区?上城区 1490 1308 余杭区?西湖区 44 31
西湖区?上城区 250 201 上城区?余杭区 29 25
余杭区?上城区 13 9 西湖区?余杭区 69 54
上城区?西湖区 381 328 余杭区?余杭区 889 613
西湖区?西湖区 1216 952 —— —— ——
表 7  社会福利最大化下的日充电需求量
图 4  电池容量和充电敏感度因子的敏感性分析曲线
图 5  用户感知效用和MNL模型敏感度的敏感性分析曲线
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