[发明专利]一种基于层次化博弈的充电站服务定价方法

说明书

本发明公开了一种基于层次化博弈的充电站服务定价方法。该方法首先基于层次化的斯塔克伯格博弈构建电动汽车充电与充电站定价的博弈模型，其中包括充运营公司的充电站的定价影响电动汽车决策、电动汽车的决策相互影响、电动汽车的决策影响充电站定价的博弈特性。然后根据电动汽车的优化目标定义其充电成本优化问题，以及根据充电运营公司的优化目标定义其收益优化问题。之后再基于最优化理论对问题的收敛性进行分析，并基于优化算法对电动汽车以及运营公司的优化问题进行求解，最后将求解出的定价结果作为充电运营公司对其所运营的充电站的定价策略。该方法在考虑了电动汽车充电的理性决策，可以很大程度地提升充电运营公司的收益。

技术领域

本发明涉及智慧城市的充电站定价领域，尤其涉及一种基于层次化博弈的充电站服务定价方法。

背景技术

近年来，随着快速充电技术的发展，电动汽车产业(Electric Vehicle)迎来了高速的发展。作为传统燃料驱动汽车的环保替代品，电动汽车在减少二氧化碳排放和缓解能源危机方面具有巨大的优势和潜力，推广电动汽车的使用被视为解决全球范围内毁灭性能源危机和环境污染的非常有前景的解决方案，因此电动汽车相关产业引起了大众、决策者和学术界的越来越多的关注。随着政府部门一些政策的出台以及经济社会的可持续发展的需求，可以预见，在未来的几年里，电动汽车的数量将会持续增长。电动汽车的推广需要电动汽车公共充电基础设施的支撑，这些年来，随着电动汽车数量不断增加，充电站的数量也随之不断增加。基于以上背景，越来越多的充电运营公司(特来电、星星、国家电网等等)开始在城市里面部署充电站并运营自己的充电业务，以实现商业盈利。

充电运营市场的参与者包括各充电运营公司以及需要充电的电动汽车。对于充电运营公司而言，不同公司之间存在着商业竞争，每个公司都想通过运营充电站给电动汽车提供充电业务来最大化自己的收益。对于运营公司来说，如何定价激励电动汽车来自家充电站充电是一个重要的决策问题。价格的差异会导致前往不同充电站充电的车辆数不同，从而影响充电站的收益。因此，不同公司的充电站之间的价格存在相互制约的关系。无论是地理位置还是商业竞争，其本质上影响的都是在充电站充电的车辆数，这也是影响充电站定价的最直接的要素。对于电动汽车而言，每辆车作为理性的、利益驱动的个体，分布在城市的各个区域。当汽车有充电需求时，车主如何选择充电站进行充电，使得充电的总成本最低是一个重要的决策问题。影响电动汽车选择充电站的因素包括充电站的定价、到充电站的距离以及充电站的排队情况。对于这三种影响因素，定价因素和距离因素仅由充电站当前的定价以及电动汽车当前所在的地理位置决定，因此不受其他电动汽车的影响；而排队因素由选择在同一充电站充电的汽车数量所决定，因此受其他电动汽车选择充电站的决策影响。

现有的充电站服务定价的研究主要包含两个方面，分别是面向充电站收益优化的定价策略研究以及面向社会效益优化的定价策略研究。然而，现有工作主要是以单个充电站为粒度进行处理，没有考虑同一家公司下多个充电站的总体收益之和是否最大。而一家运营公司一般会运营多个充电站，同时对多个充电站做定价优化比对单个充电站做定价优化更有挑战性但是更具有实际意义。另外，这些工作虽然考虑了单个电动汽车的策略，但是处理的电动汽车数量很少，这与实际的城市环境不一致。因此，在大规模城市环境下研究运营多个充电站的公司的收益优化至关重要。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于层次化博弈的充电站服务定价方法，在智慧城市环境下，在考虑电动汽车的理性充电决策的基础上，着重解决充电运营公司的收益优化问题。本发明引入层次化博弈的思想，重点关注最大化一家公司下控制的多个充电站的总收益。本发明将电动汽车充电以及充电站定价问题建模成一个层次化的斯塔克伯格博弈，其中公司是领导者，不同区域的车流是跟随者。本发明将这两种问题结合成了一个带均衡约束的数学规划问题，并利用相应的优化算法对该问题进行了求解，求解出的定价结果可以作为运营公司对充电站的定价策略，以提升运营公司的总收益。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于层次化博弈的充电站服务定价方法，该方法包括以下步骤：