[논문 리뷰] Electric Vehicle Charging Station Network Equilibrium Models and Pricing Schemes.

Ahmadreza Moradipari, Mahnoosh Alizadeh|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 21.

Transportation and Mobility Innovations참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 이질적인 가격 구조 하에서 사용자 루팅 및 충전 결정을 반영하는 전기자동차 충전소를 위한 네트워크 균형 모델을 개발한다. 먼저 최적의 마진비용 가격 책정이 혼잡도와 전기비용을 내재화함으로써 사회적 최적성을 달성할 수 있음을 보여주며, 특정 혼잡 모델 하에서는 유일한 균형이 존재함을 밝힌다.

ABSTRACT

In this paper, we develop and apply a framework to characterize network equilibrium traffic and charge patterns in an electric transportation network, mainly focused on the effect of heterogeneities in charging prices across different charging stations. Furthermore, we design optimal charging station prices that can jointly manage societal congestion and electricity costs. Our framework explores the effect of cost-minimizing users preferring different charging stations based on their charge amount and the charging stations' energy prices, and how this endogenous energy vs. route choice connection defines the threshold-based structure of flows at Wardrop equilibria. We discuss the uniqueness properties of the equilibria and showcase how first-best marginal cost-based pricing can enforce the socially optimal travel and charge behavior in the network, but only under certain charging station congestion models.

연구 동기 및 목표

• 전기자동차 네트워크에서 경로 선택과 충전소 선택 간의 상호작용을 모델링하기.
• 충전소 간 가격 이질성이 사용자 행동과 네트워크 유량 패턴에 미치는 영향을 분석하기.
• 사회적 혼잡도와 전기비용을 내재화하는 최적의 가격 책정 체계를 설계하기.
• Wardrop 균형이 고유하고 사회적으로 최적임이 보장되는 조건을 설정하기.

제안 방법

• 이질적인 에너지 가격 하에서 경로 선택과 충전소 선택을 통합한 네트워크 균형 프레임워크를 개발한다.
• 사용자 행동을 비용 최소화 기반으로 모델링하며, 이동, 충전, 에너지 비용을 기반으로 결정보를 내림.
• Wardrop 균형 원리에서 유도된 임계값 기반의 유량 구조를 적용하여 충전소 이용을 특성화한다.
• 변분부등식 표현을 사용하여 균형 조건을 표현하고 고유성을 분석한다.
• 사용자 비용과 사회적 비용을 일치시키기 위해 최초의 최적 마진비용 가격 책정을 도입한다.
• 특정 충전소 혼잡 모델 하에서 균형 고유성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이질적인 충전 가격은 전기자동차 네트워크에서 사용자 루팅과 충전소 선택에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 이러한 네트워크에서 Wardrop 균형의 흐름 분포를 정의하는 구조적 특성은 무엇인가?
• RQ3 충전소 혼잡이 존재하는 조건에서 Wardrop 균형이 고유해지는 조건은 무엇인가?
• RQ4 마진비용 기반의 가격 책정이 사회적으로 최적의 충전 및 루팅 행동을 유도할 수 있는가?
• RQ5 혼잡도와 전기비용은 균형 결과를 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 최초의 최적 마진비용 가격 책정은 네트워크 내에서 사회적으로 최적의 이동 및 충전 행동을 강제할 수 있다.
• 에너지 선택과 경로 선택 간의 내재적 결합으로 인해 균형이 임계값 기반의 구조를 띈다.
• 특정 충전소 혼잡 모델 하에서는 고유한 균형이 확립된다.
• 비용 최소화 사용자는 충전량과 에너지 가격을 기반으로 충전소를 선택하며, 이는 전체 네트워크 유량 패턴을 형성한다.
• 이 프레임워크는 가격 책정이 혼잡도와 전기비용을 동시에 관리하는 방식을 드러낸다.
• 사회적 최적성의 타당성은 가정된 충전소 혼잡 구조에 따라 달라진다.