基于博弈论的私桩共享充电定价策略

引言：

进入21世纪以来，人们对于能源和环境问题的关注度越来越高，电动汽车因具有清洁环保、高效节能等优点而受到了政府的大力支持。作为一种新型的负荷，如果不对其充电进行规范化建设，将会导致电网侧负荷峰谷差变大，影响变压器的使用寿命，而制定出科学、合理的定价策略则能够引导电动汽车的充电习惯，使其能够有序参与电网辅助服务，优化电网运行。由此可以看出，对于电动汽车定价策略进行深入的研究具有十分重要的现实意义。

作为新能源汽车产业的重要支撑，充电基础设施建设对于推动新能源汽车产业的发展有着重要的作用。从当前阶段来看，我国充电基础设施建设存在着供需不平衡的问题，这在很大程度上影响了我国新能源汽车产业的健康发展，在充电基础设施建设速度无法匹配系能源汽车发展速度的情况下，通过优化充电基础设施布局和强化充电设施管理力度等方法来提升利用率不失为一种行之有效的方法。通过调研可以发现，私人充电桩的使用时间大部分都集中在晚上，在白天则会处于完全闲置的状态，因此如何能够充分利用私人充电桩的闲置时间，提升充电桩的利用效率就成为了当务之急。而建立起科学、合理的私人充电桩共享平台，通过对私人充电桩资源配置的优化来激发起私桩充电市场中各个主体的积极性，就成为了一个亟待解决的难题。

一、私桩共享博弈分析基础

国内电动汽车充电市场中涉及到的主体较多，不同利益群体为了实现自身利益的最大化会选择不同的策略，相互之间进行博弈，最终达到博弈均衡的状态。通常来讲，私桩充电系统之中主要涉及到三个利益相关群体，即充电市场外部利益群体、充电市场运营商以及车主。三方群体都希望将自身的利益最大化，充电市场外部利益群体主要是政府希望将充电市场对电动汽车的正面效益最大化；充电运营商则希望自身的利益最大化；而车主则希望自己的充电成本最小化[1]。因此，三方之间通过竞争博弈的方式来实现三方群体的利益均衡，并同时对充电资源进行优化配置。在该种模式下，电动汽车充电市场系统中存在着运营商之间的博弈、服务供给与需求之间的博弈以及车主之间的博弈。由于前两种博弈对于私桩共享具有较大的影响，属于是核心博弈，因此本文主要针对其作了分析。

（一）充电运营商之间的博弈

在当前我国电动汽车充电运营市场当中，私桩共享模式和公共充电设施之间形成了竞争关系，且私桩共享与公桩运营商之间不存在相互制约的协议，因此，无论是私桩共享运营商还是公桩运营商都可以结合自身的资源配置和电力市场情况来进行策略调整，最终达到一个动态平衡，两者之间是一种非合作博弈关系[2]。其具体的博弈过程为：公桩运营商在第n轮的博弈中票价为P0，而私桩共享运营商作为后来者，其在制定定价策略时会结合公桩运营商的定价策略，以自身最大化收益为目的来定制私桩共享充电价格P1，待公桩运营商了解到私桩运营商的定价之后，也会根据当前市场情况来对自身的定价进行优化，并得出一个最优电价P2，之后私桩运营商也会依据公桩运营商调整过后的定价来对自身的私桩共享电价进行调整，得出最优定价p3，以此类推，双方经过几轮的博弈之后，在双方都无法通过单方面来改变价格以提高自身收益时，充电价格将会达到博弈中的均衡点。

（二）车主与运营商之间的博弈

在我国当前的汽车充电市场中，私桩充电平台的运营商是该市场博弈中的领导者，其会通过对电价的调整来将自身的利益最大化，并对车主充电方式行为选择产生影响。电动汽车车主作为充电市场博弈参与者，其会依据自身的电车使用特点，从自身利益角度出发，综合充电习惯以及价格等因素来将使用私桩充电的成本将至最低[3]。而私桩充电运营商在掌握了车主使用私桩充电的实际使用需求之后，会依据用户的需求来优化调整自身的定价策略，进而使用私桩充电的电动汽车车主也会依据充电共享平台的定价策略来调整自身的使用策略，在此过程中电动汽车车主与私桩充电运营商之间在每次策略调整之后都会产生相应的收益，并且这种策略调整存在着先后逻辑顺序，属于是一种动态的博弈过程，其具体的博弈流程如下图1所示。

二、充电站-电动汽车用户收益模型

对电动汽车充电电价能够产生影响的主体主要有国家电网、私桩充电运营商以及用户。其中私桩充电运营商作为充电电价的制定者，汽车用户作为电价的跟随者，充电运营商对通过制定出科学、合理的电价来引导用户进行规范有序的充电，以降低电网负荷的峰谷差，并对电源侧机组参与电网调峰服务起到积极的影响[4]。结合私桩充电运营商的调峰结果，并参照调峰容量的补偿标准，电网会给予私桩充电运营商相应的激励。三个不同定价主体之间的信息交互关系如下图2所示。

在指定具体的电价时，电网公司会向私桩充电运营商传递调峰激励费率，然后运营商会结合调峰激励费率和充电站的具体负载向用户传递不同时段的具体充电价格，而各个用户之间也会相互传递充电的时间以及负荷状态，并结合各个不同时段的价格信息，电动汽车用户向私桩充电运营商传递自己的充电决策。

三、基于用户位置和需求的私桩充电定价策略

当前阶段，有关充电桩共享定价的相关研究多集中于公共充电桩，而研究的重点也都集中于用户需求方面，忽略了充电桩位置对于定价的影响。对于私人充电桩来讲，位置越好车主就会更愿意将自己的充电桩共享出去，以便获得更多的回报，相反，如果充电桩位置较为偏僻，那么车主将会更倾向于选择他人所提供的共享充电桩[5]。本文结合充电桩位置和用户对于共享充电桩的需求来建立起模型，针对共享充电桩位置和用户需求对于用户行为的影响进行研究。

目前，国内实行的充电桩定价主要存在两种不同的收费模式，一种是按月收费，即用户只需按月缴纳一定的费用既可，可以不限次数的使用；另一种则是按照使用量进行收费，即在单位电价的基础之上进行加成，设置一定的利润空间来定价，用户按照自己的使用量来缴费。从整体上看，这两种定价方式都存在着一定的缺点，对于第一种收费方式来说，会存在着一定的不公平性，影响到用户参与的积极性，尤其是对于充电需求不大的车主来讲，是很不合适的[6]。而第二种定价方式支付费用和使用量之间呈线性关系，方式比较单一，对于贡献出充电桩的用户来讲，位置较好的充电桩会出现供不应求的状态，而位置较为偏僻的充电桩则会出现供大于求的状况，影响用户收益，最终导致他们退出共享社区。基于此，本文就融合了上述两种方式的优点，制定出了一整套灵活、合理的定价方案。

（一）私桩共享定价模型

1.系统建模

设定在一个私桩共享社区之内有N个车主，用来表示，每位车主用户，这些私人充电桩分布在社区中的各个角落，有中心区域也有偏远地区，在此定义Li为用户充电桩的位置，为车主充电桩位置的热度值，位置越好就说明特度值越高[7]。定义为用户对于充电桩的需求度，依据用户对于充电桩需求度的大小可以将用户划分为几种不同的类型，具体如下，四种不同用户的特点如下表1所示：

供应者，此类型车主的充电续航压力较小，更专注于共享出自己的充电桩给他人充电，同时获得相应的报酬。

需求者，此类型车主出行需求较大，长时间在外，车经常需要充电续航，经常享用他人共享的充电桩，同时支付相应的费用。

混合者，此类型车主不仅经常共享自己的充电桩给他人提供方便，获取报酬，同时还经常支付费用使用他人共享的充电桩。

绝缘者，此类型车主既不选择共享充电桩以获取收益，也不使用他人的充电桩充电，完全地做到自给自足，不参与共享社区。

表1 共享社区中4种用户的特点

项目 共享充电桩 使用充电桩 获得报酬 支付费用

供应者 是 否 是 否

需求者 否 是 否 是

混合者 是 是 是 是

绝缘者 否 否 否 否

2.平台定价建模

在此首先假设私桩共享运营平台是一个企业或者政府组织，提供充电桩服务，其主要目的是推动新能源汽车市场的快速发展。主要对用户的“支付费用”和供应者的“报酬”进行建模，在用户选择成为需求者时，首先要缴纳一笔固定费用，即进入共享社区的会员费，然后再依据其他会员使用充电桩的单价来支付实际使用充电桩的费用。而在用户作为供应者的情况下，其所能够获取的报酬主要是由其他用户缴纳的固定费用以及使用充电桩所产生的费用两部分组成[8]。由此也可以看出，在车主用户的充电桩位置较好时，其充电桩将会受到供不应求，相应获取的报酬也就越为丰厚。充电桩需求者支付费用的表达式为：

式中，为使用充电桩单位时间内所支付的费用，P为进入共享社区所缴纳的费用，为使用电量，k为单位电价。

车主用户供应私人充电桩所能够获得的报酬表达式为：

式中，为车主用户所获取的单位报酬，M为平均补贴，为使用电量，为供应者集合，为需求者集合。

3.车主用户建模

在私桩共享充电社区之内，车主用户所提供的充电桩热度值越大，就越可以吸引其他用户使用，而对于具有充电需求的用户来讲，其对于充电桩的需求度越高，则加入该共享社区中的概率就越大[9]。在此我们设定车主用户所提供的充电桩在单位时间内所能够提供的经济效益为S，在车主将私有充电桩共享给他人使用之后，自己使用充电桩必然会受到影响，因此，需要对充电时间进行合理安排，在此设定车主用户使用充电桩的效用参数为，在该系统中，每一位车主用户都对应一个位置和充电需求，设定充电桩位置热度值为，对充电桩的需求度为，在建立起的车主用户模型中，相同的和具有相同的行为决策，结合上文对车主的类型的分析，定义为车主用户的决策集，其中A为私人充电桩的供应者，B为充电桩需求者，C为混合者，D为绝缘者。

在车主用户选择成为充电桩的供应者时，其需要首先提供私人充电桩和车位，在这种情况下，自己使用充电桩的时间会受到影响，且需要承担充电桩工作所产生的费用，但同时也会获取相应的回报。供应者收益表达式为：

式中，为供应者收益，T为充电时间，为单位电价，为除了i之外的充电桩需求用户数量，H为车主用户自己充电，L为车主用户使用他人共享充电桩进行充电[10]。

在车主选择成为需求者时，其会使用其他车主所提供的充电桩，因此需要支付一定的费用，其效益函数主要是由在家充电效用，接入他人共享充电桩充电效用以及支付费用等部分内容组成，具体的收益函数表达式为：

式中，为车主在共享社区内使用共享充电桩的数量。

在车主用户选择成为混合者时，其不仅提供了自己的私人充电桩，且同时也使用了他人所提供的充电桩，因此他的收益函数主要是由自己的充电效用、接入他人充电桩的充电效用、提供自己私人充电桩所获得的报酬以及为使用他人充电桩所支付的费用等部分内容组成，具体的表达式为：

  在车主选择成为绝缘者时，此时车主既不会提供自己的私人充电桩，同时也不会使用他人所提供的充电桩，因此，车主的收益函数主要是自己使用充电桩的充电效用，具体表达式为：

综上，在私桩共享社区之中，新能源汽车车主之间的关系可以拟合成为一个非合作的博弈模型，彼此之间没有限制和约束，只以自己的利益为核心。

（二）博弈流程

本文针对私桩充电共享问题进行建模时采用了斯塔克尔伯格的博弈论。该理论认为局中人存在一个领导人员和多个追随者，他们进行决策的流程为：领导人员首先确定具体的决策方案，然后跟随者会对领导所制定出来的决策方案对自己的影响进行评估，并将自身利益最大化[11]。在博弈的第一阶段内，私桩充电共享平台就是居中人的领导者，平台会根据结合当前市场发展情况来评估制定固定费用和单价，以将自身的利益最大化。在博弈的第二阶段，私桩共享中的车主用户会对共享平台所制定出的定价策略进行分析，并决定自己以何种身份加入至共享网络之中。之后，在该博弈流程中，双方为了将自身利益最大化将会一直进行拉锯发展，直至达到某种稳定的平衡状态。本文所构建起来的私桩共享系统发展演化流程框架如下图3所示。

由此图可以看出，该系统在演化过程中就是私桩充电共享平台、需求者以及私桩供应者等不同柱体之间的博弈过程，其中主要包含三个不同的要素：

局中人，即私桩共享充电社区中的所有私人充电桩用户，使用数据集表示为：I={1,2,3...i}。策略选择，即用户以自己利益最大化为目标所选择在私桩共享充电社区内所扮演的角色，角色集为。支付收益，即车主用户通过提供私人充电桩来为其他人提供汽车充电服务所获得的收益Vxi。

私桩充电共享平台作为用户、消费者和平台三方博弈中的一个重要组成部分，其采用的管理方式和激励政策会对用户以及消费者的共享意愿产生直接的影响，而为了实现私桩共享充电模式的稳定发展，除了要做好私桩共享充电定价之外，还应制定出合理的利润分配模式[12]。在私桩充电共享平台建立的前期平台可以出台相关的政策来给与用户一定的奖励，以激励他们参与至共享充电中来。例如可以设置私桩充电专项激励奖金，针对私桩充电供应者给予一定的奖金回报，如此可一方面可以提升用户的共享满意度，另一方面可以吸引更多的用户加入至私桩共享充电平台之中。而针对私桩充电的消费者则可以在前期给与一定的充电优惠，以提升他们使用私桩充电的频率。

四、结语

综上所述，在当今我国提供“低碳”、“可持续发展”理念下，充分利用能源已经成为了当前社会中的一个焦点话题。而随着我国新能源汽车市场的快速发展，相应的配套设施建设问题不足被逐渐放大，为了解决我国现阶段新能源汽车充电桩数量短缺问题，并有效提升充电桩的使用率，本文提出了一种私人充电桩共享定价策略，以博弈论为基础对其中不同主体之间的博弈模型进行了构建。

本文来源：《中国集体经济》https://www.zzqklm.com/w/jg/1406.html