[论文解读] Electric Vehicle Charging Station Network Equilibrium Models and Pricing Schemes.

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

Transportation and Mobility Innovations参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文提出了一种电动汽车充电站的网络均衡模型，能够捕捉在异质定价条件下的用户路径选择与充电决策。研究表明，最优的边际成本定价可通过内部化拥堵与电力成本实现社会最优，且在特定拥堵模型下具有唯一均衡。

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.

研究动机与目标

• 建立电动汽车网络中路径选择与充电站选择之间相互作用的模型。
• 分析充电站间价格异质性如何影响用户行为与网络流量分布模式。
• 设计能够内部化社会拥堵与电力成本的最优定价方案。
• 确立在何种条件下Wardrop均衡具有唯一性且实现社会最优。

提出的方法

• 构建一个整合路径选择与异质电价下充电站选择的网络均衡框架。
• 将用户行为建模为成本最小化行为，决策基于行驶、充电与电力成本。
• 应用基于Wardop均衡原理的阈值流结构，以表征充电站使用情况。
• 使用变分不等式形式表示均衡条件并分析唯一性。
• 引入最优边际成本定价，以协调私人成本与社会成本。
• 在特定充电站拥堵模型下分析均衡的唯一性。

实验结果

研究问题

• RQ1 异质充电价格如何影响电动汽车网络中用户的路径选择与充电站选择？
• RQ2 此类网络中Wardop均衡的流量分布具有何种结构性特征？
• RQ3 在充电站拥堵存在的情况下，Wardop均衡在何种条件下具有唯一性？
• RQ4 基于边际成本的定价能否强制实现社会最优的充电与路径选择行为？
• RQ5 拥堵与电力成本如何相互作用以影响均衡结果？

主要发现

• 最优边际成本定价可在网络中强制实现社会最优的出行与充电行为。
• 由于能源选择与路径选择的内生耦合，均衡呈现出基于阈值的结构。
• 在特定充电站拥堵模型下可确立唯一均衡。
• 成本最小化用户根据充电量与电价选择充电站，从而塑造整体网络流量分布。
• 该框架揭示了定价如何协同管理拥堵与电力成本。
• 模型在社会最优性方面的有效性取决于所假设的充电站拥堵结构。