[論文レビュー] Placement of EV Charging Stations --- Balancing Benefits among Multiple Entities

Chao Luo, Yih-Fang Huang+1 more|RePEc: Research Papers in Economics|Jan 7, 2018

Electric Vehicles and Infrastructure被引用数 41

ひとこと要約

本論文は寡占市場におけるEV充電ステーションの配置のための多段階フレームワークを提案し、需要予測にはネストドロジットモデルを用い、QoSおよびグリッドへの影響の制約の下で最適な配置を導くためにベイズゲームを適用する。

ABSTRACT

This paper studies the problem of multi-stage placement of electric vehicle (EV) charging stations with incremental EV penetration rates. A nested logit model is employed to analyze the charging preference of the individual consumer (EV owner), and predict the aggregated charging demand at the charging stations. The EV charging industry is modeled as an oligopoly where the entire market is dominated by a few charging service providers (oligopolists). At the beginning of each planning stage, an optimal placement policy for each service provider is obtained through analyzing strategic interactions in a Bayesian game. To derive the optimal placement policy, we consider both the transportation network graph and the electric power network graph. A simulation software --- The EV Virtual City 1.0 --- is developed using Java to investigate the interactions among the consumers (EV owner), the transportation network graph, the electric power network graph, and the charging stations. Through a series of experiments using the geographic and demographic data from the city of San Pedro District of Los Angeles, we show that the charging station placement is highly consistent with the heatmap of the traffic flow. In addition, we observe a spatial economic phenomenon that service providers prefer clustering instead of separation in the EV charging market.

研究の動機と目的

• EV 充電拡大における複数の充電サービス提供者の利益、消費者満足度、そしてグリッドの信頼性のバランスを取る。
• ネストドロジットを用いて駅ごとの需要を予測するためにEVオーナーの充電選択をモデル化する。
• 最適なステーション配置と価格設定を導くために、ベイズゲームを介して提供者間の戦略的相互作用を分析する。

提案手法

• Level 1、Level 2、Level 3 の充電サービスを有する3提供者の寡占としてEV充電市場をモデル化する。
• 候補充電ステーションでの総需要を予測するためにネストドロジット枠組みを用いる。
• 電力系統への影響指標とグリッドストレスペナルティを提供者の効用関数に組み込む。
• 平衡戦略を得るために、ステーション配置と価格設定をベイズゲームとして定式化する。
• EV Virtual City 1.0 シミュレータを開発し、EVオーナー、交通網、電力網、充電ステーション間の相互作用を研究する。

Figure 1: The Architecture of The EV Virtual City 1.0

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 計画された充電場所は、QoS 制約を満たしつつグリッドへの影響を最小化して、提供者の利益を最大化するにはどうすればよいか？
• RQ2 移動経路とステーション属性を用いてネストドロジットモデルからEVオーナーの充電需要を予測するには？
• RQ3 不完全情報下でのステーション配置と価格設定におけるサービス提供者間の戦略的相互作用の性質は？
• RQ4 モビリティ、道路網、電力網の相互依存性は最適な充電ステーション展開にどのように影響するか？
• RQ5 ベイズゲーム枠組みの下で均衡において提供者のクラスタリングは生じるか、それとも分散か？

主な発見

• 充電ステーションの配置は交通ヒートマップと一致し、需要と交通流パターンの整合性を示している。
• ベイズゲームの下でEV充電市場における提供者は分離するよりも集結する傾向がある。
• モデルは、効用内のチューニング可能な重み w によって支配される利益とグリッドの乱れとのトレードオフを示す。
• ネストドロジットモデルはステーションレベルの需要推定を可能にし、価格設定と配置決定に情報を提供する。
• EV Virtual City 1.0 シミュレーターは、ユーザー、道路、電力網、充電インフラ間の相互作用の分析を容易にする。

Figure 2: Roads and Buildings of San Pedro District