基于大數(shù)據(jù)的新能源充電場(chǎng)站動(dòng)態(tài)定價(jià)方法

郭晶

(四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司 四川成都 610041)

國(guó)家推行“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”“節(jié)能減排、清潔低碳”“新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃”“新基建”等系列政策推進(jìn)推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》（征求意見稿）的行業(yè)預(yù)測(cè)，2025 年新能源汽車銷量將占到當(dāng)年汽車總銷量的25%，預(yù)計(jì)超過700萬輛，保有量將超過2 000萬輛。目前新能源汽車存在續(xù)航里程問題，能夠及時(shí)快速地進(jìn)行充電是用戶的迫切需求。社會(huì)建設(shè)了大量充電基礎(chǔ)設(shè)施滿足用戶充電需求，但由于充電場(chǎng)站建設(shè)投資大，項(xiàng)目回收周期長(zhǎng)，加之新能源汽車整體存量較小和車樁錯(cuò)位布局導(dǎo)致充電設(shè)施平均利用率普遍不足10%[1]，充電場(chǎng)站盈利空間有限。充電運(yùn)營(yíng)商從重建設(shè)慢慢轉(zhuǎn)向重運(yùn)營(yíng)，不斷完善和提升運(yùn)營(yíng)能力，而吸引更多的用戶，提升充電場(chǎng)站的用戶規(guī)模，提升充電樁利用率是充電運(yùn)營(yíng)商盈利的關(guān)鍵，其中動(dòng)態(tài)合理的充電定價(jià)是精益化運(yùn)營(yíng)的重要手段[2-3]。

目前，充電場(chǎng)站定價(jià)方面的研究還較少，大多只考慮了部分影響因素，存在一定局限性。中國(guó)專利申請(qǐng)CN202010018776.1公開了一種用于調(diào)控電能質(zhì)量的電動(dòng)汽車充電站動(dòng)態(tài)定價(jià)方法，該方法通過制定合理的服務(wù)費(fèi)價(jià)格，達(dá)到調(diào)控電能質(zhì)量的效果,使電動(dòng)汽負(fù)載接入電網(wǎng)造成的網(wǎng)損和電壓偏移影響最小；中國(guó)專利申請(qǐng)CN 201911029156.1 提出了一種考慮車、站、網(wǎng)三方的充電站定價(jià)方法，該方法通過標(biāo)量化方法多次求解凸優(yōu)化模型以得到車、站、網(wǎng)三方博弈均衡解，從而制定充電價(jià)格，促進(jìn)電動(dòng)汽車用戶、充電站運(yùn)營(yíng)商和配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的有序互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車、站、網(wǎng)三方共贏；中國(guó)專利申請(qǐng)CN201911022924.0 提出一種基于博弈論的電動(dòng)汽車充電實(shí)時(shí)定價(jià)方法，該方法基于博弈論的電動(dòng)汽車充電實(shí)時(shí)定價(jià)方法，考慮充電站的調(diào)峰作用，電動(dòng)汽車充電站制定的充電電價(jià)實(shí)時(shí)反映充電站負(fù)荷變化水平，能夠有效改善電網(wǎng)側(cè)負(fù)荷水平，提高博弈雙方的經(jīng)濟(jì)效益；中國(guó)專利申請(qǐng)CN 201910330567.8公開了基于泛在感知技術(shù)的電動(dòng)汽車充電實(shí)時(shí)定價(jià)方法，該發(fā)明提出了一種基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)充電需求的方法，并結(jié)合配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的約束進(jìn)行充電電價(jià)的實(shí)時(shí)調(diào)整。這些研究大多關(guān)注電網(wǎng)側(cè)訴求，未能充分考慮充電運(yùn)營(yíng)商訴求。因此，研究合理的定價(jià)方法，為充電站的精益運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)指導(dǎo)，以確保場(chǎng)站投資收益具有重要意義和實(shí)用價(jià)值[4-6]。

該文提出了一種基于大數(shù)據(jù)的新能源汽車充電場(chǎng)站動(dòng)態(tài)定價(jià)方法，通過充電場(chǎng)站的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，計(jì)算充電場(chǎng)站服務(wù)區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車充電的出行成本、場(chǎng)站建運(yùn)成本、購(gòu)電成本等，獲得充電場(chǎng)站的綜合成本，通過場(chǎng)站毛利率反推出運(yùn)營(yíng)保底售電價(jià)。通過大數(shù)據(jù)分析然后充電場(chǎng)站競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的運(yùn)營(yíng)價(jià)，通過加權(quán)計(jì)算生成充電場(chǎng)站日常運(yùn)營(yíng)最優(yōu)價(jià)，再結(jié)合充電場(chǎng)站的負(fù)載進(jìn)行價(jià)格的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

1 充電場(chǎng)站定價(jià)方法概述

該文以盈利為落腳點(diǎn)進(jìn)行精益運(yùn)營(yíng)，充分考慮用戶出行成本和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手定價(jià)策略，結(jié)合已經(jīng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)站的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，提供一種基于大數(shù)據(jù)的新能源汽車充電場(chǎng)站動(dòng)態(tài)定價(jià)方法，圖1是定價(jià)方法流程圖。

圖1 定價(jià)方法流程圖

（1）計(jì)算充電場(chǎng)站服務(wù)區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車充電的出行成本。

（2）結(jié)合運(yùn)營(yíng)場(chǎng)站的歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算充電場(chǎng)站的成本、收入、毛利率，其中充電場(chǎng)站成本考慮用戶的出行成本。根據(jù)投資方的最低毛利率要求，計(jì)算出保底售電電價(jià)。

（3）獲得充電場(chǎng)站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手日常運(yùn)營(yíng)平均充電電價(jià)，結(jié)合各個(gè)充電場(chǎng)站的服務(wù)水平，得到競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)參考價(jià)。

（4）對(duì)保底售電電價(jià)和競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)參考價(jià)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到場(chǎng)站日常運(yùn)營(yíng)最優(yōu)電價(jià)。

（5）結(jié)合場(chǎng)站的負(fù)載情況，對(duì)運(yùn)營(yíng)充電電價(jià)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2 定價(jià)方法詳細(xì)說明

2.1 計(jì)算用戶出行成本

根據(jù)充電站歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),獲得充電場(chǎng)站i在k公里范圍內(nèi)的具有充電需求的電動(dòng)汽車概率分布，充電站歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)包括電動(dòng)汽車充電電量需求、充電時(shí)間、充電次數(shù)、充電費(fèi)等。

根據(jù)電動(dòng)汽車距離充電站距離以及充電站運(yùn)營(yíng)的平均電價(jià)計(jì)算電動(dòng)汽車用戶對(duì)充電站選擇的出行成本。通過電動(dòng)汽車從充電需求點(diǎn)行駛到充電站的距離折算出電量耗費(fèi)，再利用行駛過程中消耗的電量和歷史平均充電電價(jià)計(jì)算用戶出行成本，設(shè)定表示電動(dòng)汽車到充電場(chǎng)站i充電的年出行成本。則

式（1）中，dij表示電動(dòng)汽車j到充電站i的直線距離；αij表示電動(dòng)汽車j到充電站i的曲折系數(shù)，l表示單位電量下電動(dòng)汽車的平均行駛里程，price表示通過充電場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)得到的平均充電電價(jià)。

2.2 計(jì)算運(yùn)營(yíng)保底價(jià)

2.2.1 計(jì)算充電場(chǎng)站成本

2.2.2 生成運(yùn)營(yíng)保底價(jià)

2.3 競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)參考價(jià)

通過調(diào)研與收集，獲得充電場(chǎng)站i在k公里范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手日常運(yùn)營(yíng)充電電價(jià)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析處理取最近一周的充電平均電價(jià)，設(shè)定pjd代表競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的充電平均電價(jià)。

競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在進(jìn)行優(yōu)惠促銷活動(dòng)的電價(jià)不足以代表日常運(yùn)營(yíng)電價(jià)，如有營(yíng)銷活動(dòng)，pjd取最近一個(gè)月除活動(dòng)外日期的平均運(yùn)營(yíng)電價(jià)。

對(duì)充電場(chǎng)站i在k公里范圍內(nèi)的充電場(chǎng)站進(jìn)行服務(wù)調(diào)研，邀請(qǐng)客戶進(jìn)行服務(wù)評(píng)價(jià)并進(jìn)行打分排名。結(jié)合打分情況記充電場(chǎng)站i的服務(wù)打分排名為a,總充電場(chǎng)站數(shù)量記為g，考慮充電場(chǎng)站的服務(wù)質(zhì)量的運(yùn)營(yíng)參考價(jià)格記為pck,則pck=pjd×，可見充電場(chǎng)站i的服務(wù)質(zhì)量越高，參考價(jià)越高。

2.4 生成場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)最優(yōu)電價(jià)

設(shè)定pz表示充電場(chǎng)站i的日常運(yùn)營(yíng)最優(yōu)電價(jià)，通過運(yùn)營(yíng)保底價(jià)ps和競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)價(jià)格pjd加權(quán)計(jì)算得到。pz=ps×μ+pjd×ν，其中，μ、ν為運(yùn)營(yíng)保底價(jià)和競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)價(jià)的權(quán)重，滿足μ+ν=1。

2.5 動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)營(yíng)電價(jià)

與電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)對(duì)接，可以獲得電動(dòng)汽車的待充電電量，根據(jù)充電站服務(wù)的電動(dòng)汽車的待充電電量，可確定充電站的電動(dòng)汽車負(fù)載。設(shè)定Li代表充電場(chǎng)站i的當(dāng)前負(fù)載，LoadThresholdZ代表充電站負(fù)載過重閾值，如果Li≥LoadβThresholdZ，則調(diào)高售電電價(jià)，得到售電電價(jià)pz=pz×(1+α)，α為漲幅比例因子；LoadThresholdD代表充電站負(fù)載過輕閾值，Li≤LoadThresholdD，則調(diào)低售電電價(jià)，得到售電電價(jià)pz=pz×(1-β)，β為降價(jià)比例因子。

3 算例分析

根據(jù)充電站歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),獲得充電場(chǎng)站i在k公里范圍內(nèi)的具有充電需求的電動(dòng)汽車概率分布，充電站歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)包括電動(dòng)汽車充電電量需求、充電時(shí)間、充電次數(shù)、充電費(fèi)等[7-8]。該例中k取為3。根據(jù)電動(dòng)汽車距離充電站距離以及充電站運(yùn)營(yíng)的平均電價(jià)計(jì)算電動(dòng)汽車用戶對(duì)于充電站選擇的出行成本。按照公式進(jìn)行計(jì)算，其中，δ按2%考慮，ε按4%考慮。之后計(jì)算充電場(chǎng)站的收入，毛利率按20%考慮，則ps為1.05。按照步驟3獲得充電場(chǎng)站服務(wù)區(qū)域內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手日常運(yùn)營(yíng)平均充電電價(jià)，設(shè)服務(wù)區(qū)域內(nèi)有10 個(gè)充電場(chǎng)站，該場(chǎng)站服務(wù)排名為6，按公式得到競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)參考價(jià)pck為0.96。按照步驟4 對(duì)保底售電電價(jià)和競(jìng)對(duì)運(yùn)營(yíng)參考價(jià)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，該例中μ和ν分別取值為0.6 和0.4，根據(jù)前述計(jì)算，可以得到pz=1.05×0.6+0.96×0.4=1.01。

與電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)對(duì)接，可以獲得電動(dòng)汽車的待充電電量，根據(jù)充電站服務(wù)的電動(dòng)汽車的待充電電量，可確定充電站的電動(dòng)汽車負(fù)載。設(shè)定Li代表充電場(chǎng)站i的當(dāng)前負(fù)載，LoadThresholdZ代表充電站負(fù)載過重閾值，如果Li≥LoadβThresholdZ，則調(diào)高售電電價(jià)，得到售電電價(jià)pz=pz×(1+α)，α為漲幅比例因子；LoadThresholdD代表充電站負(fù)載過輕閾值，Li≤LoadThresholdD，則調(diào)低售電電價(jià)，得到售電電 價(jià)pz=pz×(1-β)，β為降價(jià)比例因子。該例中設(shè)LoadThresholdZ為70%，Li為75%屬于負(fù)載過重情況時(shí)，進(jìn)行漲價(jià)調(diào)整。設(shè)定α為5%，則得到售電電價(jià)pz=1.01×(1+5%)=1.06。

4 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車用戶選擇充電站是考慮充電的出行成本，充電電價(jià)、充電服務(wù)等諸多因素，該文結(jié)合投資方的收益要求、周邊競(jìng)對(duì)價(jià)格與服務(wù)、場(chǎng)站的負(fù)載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的價(jià)格調(diào)整與優(yōu)化。在計(jì)算充電場(chǎng)站綜合成本時(shí)包括了電動(dòng)汽車充電的出行成本，以便平衡充電場(chǎng)站盈利訴求和用戶降低出行成本訴求；通過充電場(chǎng)站毛利率倒推出運(yùn)營(yíng)保底價(jià)，綜合競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的運(yùn)營(yíng)價(jià)格和服務(wù)質(zhì)量得到競(jìng)對(duì)參考價(jià)，再通過運(yùn)營(yíng)保底價(jià)和競(jìng)對(duì)參考價(jià)加權(quán)計(jì)算得到日常運(yùn)營(yíng)最優(yōu)價(jià)。這樣綜合考慮了充電場(chǎng)站的投資收益率和競(jìng)對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，使其在眾多場(chǎng)站中保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并能夠根據(jù)投資方要求和周邊環(huán)境變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；最后場(chǎng)站價(jià)格會(huì)隨場(chǎng)站負(fù)載情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，根據(jù)價(jià)格調(diào)整為用戶提供更好的服務(wù)。該文綜合考慮了充電場(chǎng)站的投資回報(bào)訴求、周邊競(jìng)爭(zhēng)壓力與場(chǎng)站負(fù)載，根據(jù)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)分析情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以吸引更多的用戶，提升充電用戶規(guī)模，提高充電場(chǎng)站的運(yùn)營(yíng)能力和服務(wù)水平，提升場(chǎng)站的盈利能力。