面向電動汽車快充站服務(wù)效率的自適應(yīng)動態(tài)激勵機制

李 飛，梁寶全，張旭東，王鴻璽，孫 毅，牟明亮，李澤坤

（1. 華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2. 國網(wǎng)河北省電力有限公司營銷服務(wù)中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

近年來，電動汽車EV（Electric Vehicle）的規(guī)模不斷增長，但充電樁數(shù)量以及充電時間始終是限制EV 發(fā)展的重要影響因素，因此，建設(shè)具備快速充電能力的充電樁（即快充站）是未來發(fā)展的重要方向［1］，而如何對快充站內(nèi)的充電EV 進行充電引導(dǎo)、合理調(diào)度成為了重要的研究課題。

站內(nèi)設(shè)置面向用戶的靈活激勵策略，既能保證用戶充電有序進行，又能提高快充站運營商的經(jīng)濟效益。現(xiàn)有的快充站定價策略大多采用相對固定的服務(wù)費機制，在這種情況下用戶習(xí)慣于采用“電量充滿”和“整錢充電”的方式。但是考慮到EV充電功率（尤其是在快充方式下）存在明顯的功率衰減現(xiàn)象［2］，若采用“電量充滿”或“整錢充電”方式，會降低充電后期充電樁的利用率。在充電樁業(yè)務(wù)比較繁忙的時段，充電后期因功率衰減導(dǎo)致充電樁利用率較低，會增加部分EV低功率充電的時間占用成本，進一步導(dǎo)致快充站整體的服務(wù)能力降低，對快充站的運營效益造成損失。

相較于固定電價機制，部分研究以實時電價和分時電價2 種方式實現(xiàn)充電站運營效益的提升，同時對充電的有序性進行了優(yōu)化，如：文獻［3］提出了雙層定價策略，下層模擬分銷市場的清算，上層考慮充電站運營成本和電網(wǎng)潮流變化等因素制定了充電實時電價；文獻［4］通過對一天內(nèi)EV 充電負荷的峰谷時段進行確定，以全天峰谷差最小為目標制定了EV 充電峰谷電價；文獻［5］以配電網(wǎng)運行成本和用戶充電成本最小為目標對配電網(wǎng)和用戶進行主從博弈，在實現(xiàn)配電網(wǎng)負荷削峰填谷的同時保證了配電網(wǎng)和用戶效益最優(yōu)；文獻［6］通過分析EV 可調(diào)節(jié)潛力與用戶心理，結(jié)合積分制和分時電價，在降低電網(wǎng)投資成本和負荷峰谷差的同時減少了用戶的充電費用；文獻［7］提出了一種在線維克瑞-克拉克-格羅夫斯VCG（Vickrey-Clarke-Groves）拍賣機制，所有用戶的充電費用均在一天結(jié)束后由快充站根據(jù)當(dāng)天充電負荷對配電網(wǎng)的影響程度以及快充站的經(jīng)濟效益進行確定，該機制能夠很好地實現(xiàn)快充站與用戶效益的最優(yōu)，但是充電前用戶對充電費用的不可知性降低了用戶參與響應(yīng)的概率；為了解決用戶充電費用不可知的問題，文獻［8］提出了基于合同的在線定價方法，綜合考慮了EV 充電需求以及離場時間，并根據(jù)快充站在不同時刻的購電成本，為用戶制定了多個充電合同，方便用戶根據(jù)自身需求選擇合適的充電合同，實現(xiàn)快充站效益和社會效益的最大化。

上述研究所提價格激勵方法均對配電網(wǎng)的削峰填谷、快充站以及用戶的經(jīng)濟效益有一定的提升作用，但大多假設(shè)在EV 調(diào)度過程中充電設(shè)施數(shù)量充裕，未考慮高速公路等EV 充電密集場景［9］，而在EV充電密集場景下時常會遇到充電設(shè)施裕度不足的問題，部分EV需要等待接入充電系統(tǒng)。文獻［10］考慮了充電設(shè)施數(shù)量的有限性，但僅對恒功率階段的EV進行調(diào)度，未對功率衰減階段的EV 進行考慮，這就造成了很大一部分EV資源的浪費，未能實現(xiàn)快充站經(jīng)濟效益的最大化。本文在國內(nèi)外有關(guān)EV 充電激勵策略研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻［11］所提用戶差異化控制理念，進行了以下兩方面的研究：①在考慮快充站充電設(shè)施裕度的前提下，根據(jù)快充站的運行狀態(tài)以及EV 的快充特性，為EV 用戶提供差異化服務(wù)費激勵機制，引導(dǎo)用戶在快充站忙碌時降低充電需求，在快充站空閑時增加充電需求；②基于EV 充電后期的功率衰減特性，充分考慮充電后期EV對充電樁的時間占用成本與用戶時間成本，在快充站忙碌時通過提高充電服務(wù)費以抵消充電樁時間占用成本，在快充站空閑時通過降低充電服務(wù)費以抵消用戶時間成本。

1 快充站充電機制及菜單模型

1.1 快充站與EV信息交互架構(gòu)及充電機制

由于快充站內(nèi)充電樁資源的限制，對于快充站內(nèi)具有充電需求的EV集群而言，可根據(jù)充電狀態(tài)將其劃分為等待隊列和充電隊列。其中，等待隊列包括已經(jīng)進入快充站但需要等待一段時間才能接入充電系統(tǒng)的EV，以及未來一段時間內(nèi)可能會到達快充站的EV；充電隊列包括當(dāng)前時段已接入充電系統(tǒng)的EV?？紤]到進入快充站的EV 用戶一般為時間敏感型用戶，因此本文不考慮EV 的間歇性充電，所有EV從接入充電系統(tǒng)開始至達到期望狀態(tài)一直保持充電狀態(tài)。

快充站與EV 用戶的信息交互架構(gòu)如圖1 所示。快充站首先判斷上一時段充電隊列中是否有完成充電的EV，若有新的充電樁被釋放，則從等待隊列中選擇優(yōu)先級最高的EV 接入充電系統(tǒng)。此時快充站會首先采集當(dāng)前狀態(tài)下充電隊列的相關(guān)信息，包括當(dāng)前荷電狀態(tài)以及充電結(jié)束時間，同時利用大數(shù)據(jù)分析、蒙特卡洛等方法對未來一段時間內(nèi)的接入EV數(shù)量進行預(yù)測［12］，進而確定等待隊列隊長，判斷當(dāng)前時段內(nèi)快充站的運行狀態(tài)，確定當(dāng)前時段內(nèi)的充電服務(wù)費價格，并為當(dāng)前接入充電系統(tǒng)的EV提供充電菜單（包括期望離場荷電狀態(tài)Sle，i，k、充電所需時長tchrg，i，k、充電等效電價pi，k，其中，i為EV 的編號，k為充電菜單中的套餐編號，k=1，2，…，Y，Y為套餐總數(shù)）。EV 用戶根據(jù)自身的出行需求從充電菜單中選擇一種充電套餐并提交給快充站，快充站根據(jù)不同EV用戶的充電需求為用戶制定充電計劃。

圖1 快充站與EV用戶的信息交互架構(gòu)Fig.1 Information interaction architecture between fast charging station and EV users

1.2 EV充電菜單模型

EV 充電菜單中包含不同離場荷電狀態(tài)下EV 充電所需時長及其本次充電事件的平均電價（即充電等效電價），以EVi為例具體說明如下。

1）計算EVi充電所需時長時需要對EV 的充電功率特性進行分析。

由于EVi大多采用恒流-恒壓CC-CV（Constant Current-Constant Voltage）充電方式［13］（具體充電過程見附錄A 圖A1）：在恒流充電階段，電池等效內(nèi)阻較小，采用恒定大電流進行充電，充電功率基本恒定；當(dāng)EVi荷電狀態(tài)達到閾值Sth，i后進入恒壓充電階段，EVi的充電電流呈指數(shù)衰減，充電功率進入衰減階段，出現(xiàn)明顯的功率衰減現(xiàn)象［14］。

EVi在充電過程中的功率Pchrg，i可表示為：

式中：pchrg為快充站的售電電價；ucc為恒流充電階段的服務(wù)費，即快充站為處于恒流充電階段EVi制定的充電服務(wù)費；ucv為恒壓充電階段的服務(wù)費，即快充站為處于恒壓充電階段EVi制定的充電服務(wù)費。

2 快充站的多目標運營模型

快充站的運營過程主要以快充站的經(jīng)濟效益、EV 用戶的滿意度和充電樁的服務(wù)能力三方面最優(yōu)為優(yōu)化目標。

2.1 快充站的經(jīng)濟效益

影響快充站經(jīng)濟效益Bep的主要因素包括購電成本Ce、售電收益Re、快充站日常運行的軟硬件損耗成本Cw（其值波動不大，本文視為常數(shù)），計算式為：

式中：pcost為快充站的購電電價；N為快充站日服務(wù)EV數(shù)量。

2.2 EV用戶的滿意度

本文中的EV 采用不間斷充電方式，EV 離場時均能達到期望荷電狀態(tài)，因此EV用戶的滿意度主要體現(xiàn)在等待時長、充電等效電價2 個方面，等待時長越短，充電等效電價越低，則EV用戶的滿意度越高。

EV 用戶等待時長的增加，會嚴重影響用戶的充電體驗，當(dāng)用戶等待時長超過30 min時，其在等待時長方面的滿意度會降到極低［15］。本文定義用戶等待時長方面的滿意度、充電等效電價方面的滿意度分別為：

2.3 充電樁的服務(wù)能力

充電樁的服務(wù)能力主要由充電樁的工作率和滿載率2 個方面體現(xiàn)，其中工作率是指在單位時段內(nèi)工作的充電樁數(shù)量占快充站充電樁總數(shù)量的比例，其值越高，則充電樁的利用率越高。定義充電樁工作率Ccp的計算式為：

式中：Nc，j為時段j工作的充電樁數(shù)量；Nc為快充站內(nèi)充電樁的總數(shù)量；T為全天劃分的時段數(shù)量。

充電樁滿載率是指單位時段內(nèi)滿功率運行的充電樁數(shù)量占快充站充電樁總數(shù)量的比例。由于EV在恒壓充電階段存在功率衰減現(xiàn)象，隨著處于恒壓充電階段EV 占比的增加，充電樁的滿載率隨之降低，尤其是在快充站EV數(shù)量較多時充電樁的服務(wù)能力得不到充分發(fā)揮，嚴重損害了快充站的經(jīng)濟效益。定義快充站滿載率Csp的計算式為：

式中：Nm，j為時段j滿功率運行的充電樁數(shù)量。

2.4 快充站運營目標函數(shù)

從快充站角度出發(fā)，其運營目標是在保證EV用戶滿意度最優(yōu)的前提下實現(xiàn)快充站的經(jīng)濟效益及充電樁的服務(wù)能力最大化。充電樁的服務(wù)能力越強，則快充站的充電負荷越高，相應(yīng)的經(jīng)濟效益越高，故充電樁的服務(wù)能力與快充站的經(jīng)濟效益呈正相關(guān)。因此，快充站的運營目標函數(shù)為：

3 面向EV的差異化服務(wù)費激勵機制

3.1 考慮快充站運行狀態(tài)的充電服務(wù)費制定方法

本文根據(jù)快充站充電設(shè)施的充裕度將其分為忙碌、平常、空閑3種運行狀態(tài)，具體判斷標準見附錄B式（B1）。本文針對不同快充站的運行狀態(tài)對充電服務(wù)費進行調(diào)整，當(dāng)EVi離場時的荷電狀態(tài)為Sle，i，k時，不同快充站運行狀態(tài)下EVi服務(wù)費的確定方法具體敘述如下。

1）快充站處于忙碌運行狀態(tài)。

由于為處于恒壓充電階段的EV 提供充電服務(wù)的充電樁的功率呈指數(shù)衰減，則充電樁的時間占用成本呈對數(shù)指數(shù)上升，因此為了保證快充站的經(jīng)濟效益，對于離場荷電狀態(tài)超過荷電狀態(tài)閾值的EVi而言，設(shè)定其充電服務(wù)費隨充電樁的輸出損失進行調(diào)整。充電樁的輸出損失Lloss如式（15）所示。

2）快充站處于平常運行狀態(tài)。

快充站的平常運行狀態(tài)基本能實現(xiàn)進站與出站EV 數(shù)量的動態(tài)平衡，此時不對充電服務(wù)費進行調(diào)整，即：

3）快充站處于空閑運行狀態(tài)。

當(dāng)快充站處于空閑運行狀態(tài)時，會有大量充電樁被閑置，為了提高快充站的經(jīng)濟效益，需通過調(diào)低恒壓充電階段的充電服務(wù)費，引導(dǎo)用戶提高充電需求，但是由于充電后期存在功率衰減現(xiàn)象，會導(dǎo)致充電時間延長，用戶的時間成本上升，為了提高用戶的響應(yīng)意愿，需根據(jù)用戶充電時長的增加逐步提升服務(wù)費的調(diào)整力度?？臻e運行狀態(tài)下的充電服務(wù)費為：

式中：umin為快充站考慮購電成本和軟硬件損耗等因素后可接受的充電服務(wù)費下限；λ1為空閑運行狀態(tài)下的服務(wù)費衰減指數(shù)；tcc，i為EVi結(jié)束恒流充電階段所需時間。

考慮到充電菜單基于用戶的不同期望離場荷電狀態(tài)計算充電等效電價，對式（18）進行如下變換：

3.2 服務(wù)費參數(shù)的求解方法

由3.1節(jié)可知，恒壓充電階段的服務(wù)費主要由充電時長tchrg，i，k和空閑運行狀態(tài)下的服務(wù)費衰減指數(shù)λ1確定，同時由1.2 節(jié)可知tchrg，i，k由功率衰減指數(shù)λ確定，所以本節(jié)中對服務(wù)費設(shè)計中的λ和λ1這2 個參數(shù)進行求解。

1）功率衰減指數(shù)λ。

由于EV 的充電過程可分為恒流充電階段和恒壓充電階段，由式（1）可知：恒流充電階段的充電功率變化不明顯，可視為恒功率；在恒壓充電階段，基于美國科學(xué)家J. A. Mas 提出的蓄電池最佳充電電流理論，此時的充電電流呈指數(shù)衰減，最終在滿電時達到最小充電電流Imin，如式（20）所示。

式中：Tth為EV 充電全過程中達到荷電狀態(tài)閾值所需時長；Tm為EV 完成充電全過程所需時長，可由式（22）和式（23）推導(dǎo)得到。

則結(jié)合式（20）—（23）可得：

式中：α為常數(shù)，表示最小充電電流與最大充電電流的比值，由于充電設(shè)施的差異性，其值略有不同，取值范圍為10%～20%。

2）空閑運行狀態(tài)下的服務(wù)費衰減指數(shù)λ1。

由式（18）可知，當(dāng)EV 滿電時，充電服務(wù)費達到下限值，即：

3.3 動態(tài)服務(wù)費激勵機制

本文通過制定動態(tài)服務(wù)費激勵機制實時根據(jù)快充站的運行狀態(tài)調(diào)整EV用戶的充電服務(wù)費，實現(xiàn)用戶需求與快充站需求相匹配，具體流程圖見圖2。

圖2 動態(tài)服務(wù)費激勵機制流程圖Fig.2 Flowchart of dynamic service fee incentive mechanism

快充站以時間間隔Δt對EV 進行一次調(diào)度，每次調(diào)度過程中首先對快充站內(nèi)的閑置充電樁數(shù)量以及站內(nèi)等待隊列中的EV數(shù)量進行統(tǒng)計，若兩者均不為0，則根據(jù)附錄B 式（B1）對快充站當(dāng)前時段的運行狀態(tài)進行判斷；否則根據(jù)式（28）更新充電隊列中EV的荷電狀態(tài)并進入下一調(diào)度時段。

式中：Si，j、Si，j+1分別為EVi在時段j、j+1的荷電狀態(tài)。

當(dāng)站內(nèi)充電樁與充電EV 數(shù)量均不為0 時，基于快充站的運行狀態(tài)，分別以實現(xiàn)忙碌運行狀態(tài)下EV用戶的等待時長和快充站的經(jīng)濟效益最優(yōu)以及平常運行狀態(tài)和空閑運行狀態(tài)下快充站的經(jīng)濟效益最優(yōu)為目標，根據(jù)式（16）—（18）對不同快充站運行狀態(tài)下的服務(wù)費進行調(diào)整，并根據(jù)EV進場時的荷電狀態(tài)形成充電菜單，引導(dǎo)用戶根據(jù)快充站的需求決定離場荷電狀態(tài)，最后快充站對充電隊列中的EV進行狀態(tài)更新并進入下一調(diào)度時段。

4 仿真算例

4.1 仿真設(shè)置

以高速公路快充站為背景，設(shè)置快充站中擁有10 臺充電樁，每臺充電樁的滿載功率為60 kW。不同調(diào)度時間間隔下本文服務(wù)費激勵機制、固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制下的仿真結(jié)果見附錄C。對比結(jié)果可知，相較于固定服務(wù)費機制、分時服務(wù)費機制，不同調(diào)度時間間隔下本文所提服務(wù)費激勵機制的改善效果較為穩(wěn)定，同時考慮到快充站的充電時間較短，本文選用尺度最小的調(diào)度時間間隔Δt=1 min，方便快充站實時掌握站內(nèi)狀態(tài)和EV 狀態(tài)。本文所提服務(wù)費激勵機制下快充站購電、售電電價［16-17］均為0.5元／（kW·h），服務(wù)費為0.7元／（kW·h）。文獻［18］指出當(dāng)EV電量告警時，用戶將就近選擇充電站進行充電，考慮到不同品牌EV的告警電量設(shè)置以及用戶個人習(xí)慣有所差異，本文假設(shè)每日進站EV的荷電狀態(tài)服從（20%，50%）范圍內(nèi)的均勻分布，荷電狀態(tài)閾值Sth，i=80%，到達時間服從泊松分布，充電效率η=0.9，最小充電電流與最大充電電流之比α=15%。同時在本文所提服務(wù)費激勵機制下快充站處于平常運行狀態(tài)、分時服務(wù)費機制下平時段以及固定服務(wù)費機制下EV 用戶的期望離場荷電狀態(tài)服從（70%，100%）范圍內(nèi)的均勻分布。且假設(shè)EV用戶均為理性人，100%響應(yīng)服務(wù)費激勵機制。

4.2 快充站的經(jīng)濟效益分析

以固定服務(wù)費和分時服務(wù)費機制作為對比機制，分析本文所提充電服務(wù)費機制對快充站經(jīng)濟效益的作用，其中固定服務(wù)費機制下的充電服務(wù)費為1.0 元／（kW·h），分時服務(wù)費機制下各時段的服務(wù)費見表1。考慮到快充站每日的運維項目基本相同，故快充站的每日維護費用保持穩(wěn)定，可視為常數(shù)，假設(shè)快充站日常運行的軟硬件損耗成本為1000元［19］。不同快充站日服務(wù)EV 數(shù)量下快充站的經(jīng)濟效益如圖3所示。

表1 分時服務(wù)費機制下的服務(wù)費Table 1 Service fee under time-sharing service fee mechanism

圖3 不同服務(wù)費機制下快充站的經(jīng)濟效益Fig.3 Economic benefits of fast charging station under different service fee mechanisms

由圖3 可知：當(dāng)快充站日服務(wù)EV 數(shù)量不同時，本文服務(wù)費機制下快充站的經(jīng)濟效益最好；固定服務(wù)費機制下EV 用戶的充電需求具有一定的不確定性，所以快充站的經(jīng)濟效益得不到最大化；分時服務(wù)費機制可以適當(dāng)提高快充站的經(jīng)濟效益，但是效果不如本文所提激勵機制。不同激勵機制下快充站的經(jīng)濟效益存在差異的根本原因在于：在全天的各時段本文服務(wù)費機制可以實時監(jiān)測快充站的運行狀態(tài)，在快充站服務(wù)的EV 較少時，可通過降低充電服務(wù)費，引導(dǎo)用戶提高自身的充電需求，在快充站服務(wù)的EV 較多時，可通過提高充電服務(wù)費，引導(dǎo)用戶降低充電需求，最終達到提高快充站經(jīng)濟效益的目的；而分時服務(wù)費機制和固定服務(wù)費機制難以對充電站的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，不能實現(xiàn)對EV用戶充電行為的實時引導(dǎo)和差異化管理，所以快充站的經(jīng)濟效益達不到最大化。

4.3 EV用戶的滿意度分析

選取快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為100、300、500 輛這3 種情況（分別對應(yīng)快充站空閑時段、平常時段、忙碌時段占比較高）對EV 用戶的滿意度進行分析。在用戶充電等效電價方面，充電等效電價越低，則用戶的滿意度越高。采用不同服務(wù)費機制時不同充電等效電價下的EV 數(shù)量占比如圖4 所示。由圖可知：當(dāng)快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為100 輛時，本文服務(wù)費機制下的充電等效電價基本保持在1.5 元／（kW·h），比固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制下的充電等效電價更加經(jīng)濟，EV 用戶的滿意度更高；隨著快充站日服務(wù)EV數(shù)量的增加，本文服務(wù)費機制下用戶的充電等效電價逐漸向固定服務(wù)費機制下的結(jié)果靠近，相較于固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制，其在充電等效電價方面的優(yōu)勢逐漸降低。

圖4 不同充電等效電價下的EV數(shù)量占比Fig.4 Proportion of EV quantity under different equivalent charging electricity prices

同時考慮到在快充站進行充電的EV 用戶均為時間敏感型用戶，對不同等待時長下的EV數(shù)量占比進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖5 所示。由圖可知：當(dāng)快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為100 輛時，由于快充站全天較多時段處于空閑狀態(tài)，各服務(wù)費機制下EV進站后基本全部能夠立即進行充電；隨著快充站日服務(wù)EV數(shù)量的增加，快充站處于忙碌狀態(tài)的時段增加，EV 等待時長增加，其中本文服務(wù)費機制下用戶等待時長的增加速度較慢，均能保持在30 min內(nèi)進行充電，固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制下用戶等待時長的增加速度較快，當(dāng)EV 數(shù)量較多時甚至有部分EV 由于等待時間過長始終未能接入充電系統(tǒng)，從而造成了部分客戶流失?？梢?，本文服務(wù)費機制在提高用戶滿意度、降低客戶流失概率方面起到了明顯的作用。

圖5 不同用戶等待時長下的EV數(shù)量占比Fig.5 Proportion of EV quantity under different user waiting times

4.4 充電樁的服務(wù)能力分析

本節(jié)在4.2 節(jié)的基礎(chǔ)上，根據(jù)2.3 節(jié)中對充電樁服務(wù)能力的定義對快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為100、300、500 輛這3 種情況下10 臺充電樁的充電服務(wù)情況進行分析。

當(dāng)快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為100 輛時，充電樁的工作率和滿載率見附錄D 圖D1，此時快充站一天處于空閑狀態(tài)的時段較多，快充站的經(jīng)濟效益與充電樁的工作率直接相關(guān)。由圖D1（a）可以看出，相較于固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制，本文服務(wù)費機制下充電樁的工作率明顯較高，因此本文服務(wù)費機制對快充站的經(jīng)濟效益有著明顯的提升作用。由圖D1（b）可以看出，3種服務(wù)費機制下充電樁的滿載率基本保持一致，這是因為該情況下快充站日服務(wù)EV 數(shù)量較少，所有EV 的等待時長均保持在5 min之內(nèi)，EV 之間基本不存在充電競爭關(guān)系，所以3 種機制下的EV基本均可完成恒流充電階段，充電樁滿載率也基本保持一致。

當(dāng)快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為300 輛時，充電樁的工作率和滿載率見附錄D 圖D2，此時快充站一天處于平常狀態(tài)的時段較多。由圖可知：本文服務(wù)費機制下可激勵的EV用戶數(shù)量較少，充電樁的工作率和滿載率與固定服務(wù)費機制下的差別不大；在分時電價服務(wù)費機制下，由于峰、平、谷時段占比相同，最終激勵呈現(xiàn)效果與固定服務(wù)費機制的效果基本一致。

當(dāng)快充站日服務(wù)EV 數(shù)量為500 輛時，充電樁的工作率和滿載率見圖6，此時快充站一天處于忙碌狀態(tài)的時段較多，充電樁基本全部處于工作狀態(tài)。由圖6可知，3種服務(wù)費機制下充電樁的工作率基本保持一致，均集中在90%以上。可見，在快充站日服務(wù)EV數(shù)量較多的情況下，快充站的經(jīng)濟效益與充電樁的滿載率有直接關(guān)系，提高充電樁的滿載率可以引導(dǎo)EV 用戶不在快充站充電設(shè)施緊張時段進行恒壓充電，保證充電樁以最大輸出功率運行，降低了充電樁的時間占用成本，提高了快充站的經(jīng)濟效益。相較于固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制，本文服務(wù)費機制可以在快充站日服務(wù)EV 數(shù)量較多時明顯提升充電樁的滿載率。

圖6 快充站日服務(wù)EV數(shù)量為500輛時充電樁的服務(wù)能力Fig.6 Service capacity of charging piles when fast charging station serves 500 EVs per day

5 結(jié)論

本文在考慮充電設(shè)施裕度的前提下，提出了快充站差異化激勵方法，對快充站不同運行狀態(tài)下接入的EV提供差異化充電菜單，站內(nèi)忙碌時提高恒壓充電階段的充電服務(wù)費以引導(dǎo)用戶僅在恒功率階段充電，站內(nèi)空閑時降低恒壓充電階段的充電服務(wù)費以引導(dǎo)EV在功率衰減階段充電，從而實現(xiàn)快充站服務(wù)能力最大化的目標。通過仿真算例進行驗證，結(jié)果表明：相較于固定服務(wù)費機制和分時服務(wù)費機制，采用本文服務(wù)費機制能夠更好地使用戶需求匹配快充站的服務(wù)能力，對不同快充站日服務(wù)EV 數(shù)量下快充站的經(jīng)濟效益、EV 用戶的滿意度以及充電設(shè)施利用率等均起到了明顯的改善作用。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.epae.cn）。