- 頭條考慮用戶有限理性的電動汽車時空行為特性2021-06-06 作者：吳賦章 楊軍 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語電動汽車的時空行為包括時空轉移行為和時空充電行為。如何對電動汽車時空行為進行精確建模已成為大規模電動汽車與電網進行有效互動的關鍵。武漢大學電氣與自動化學院的研究人員吳賦章、楊軍、林洋佳、徐箭、孫元章，在2020年第7期《電工技術學報》上撰文，通過分析用戶決策心理及交通流量分配規律，提出了一種電動汽車時空行為特性描述方法。計算結果表明所提方法能夠更加合理地刻畫用戶選擇心理及描述電動汽車用戶時空行為，且發現電動汽車占比和充電站服務能力均對其有較大影響。
電動汽車（Electric Vehicle, EV）作為一種綠色出行工具，替代燃料汽車成為未來主要交通工具已經是時代發展的趨勢。然而，大規模電動汽車的出行及充放電勢必給城市交通和電網的協調發展帶來巨大挑戰，不僅會造成交通堵塞，還可能帶來電能質量、電網穩定性惡化等影響。因此，準確把握電動汽車時空行為是滿足城市居民出行需求和保證電網安全經濟運行的基礎。
電動汽車時空行為指的是時空轉移行為和時空充電行為，其中時空轉移行為包括不同出行（鏈）之間的轉移關系和電動汽車在每條出行（鏈）中的時空分布特性，屬于用戶行為研究范疇，涉及交通科學、心理學及電氣學科等多領域。傳統用戶行為研究經歷了從集計研究方法到非集計研究方法的發展過程。集計方法難以分析用戶出行選擇的真正原因。
從20世紀60年代開始對用戶行為研究進入了非集計階段，研究主要集中在數學模型的構建，先后建立了分析用戶決策行為的多項Logit模型和樹狀分對數Logit模型。F. S. Chapin結合經濟學中的最大效用理論，對城市居民出行進行了相關研究，證明了用戶的出行規律受社會經濟影響較大。
但這些數學模型均遵循效用最大化理論，其假設人為完全理性，而現實中人們往往并不按照效用理論的預測結果行事。M. Allias悖論、D. Ellsberg悖論等行為經濟學均對人的完全理性假設提出了質疑，且Logit模型不能很好地反映單次出行中出行發生、方式選擇、出行分布等之間的密切聯系及相互依賴性。
國內外針對電動汽車時空行為建模已經做了初步研究，主要集中在集計統計學分析方法、仿真分析方法和完全理性假設分析。這些研究工作均沒有考慮實際情況中電動汽車用戶的充電、出行等行為的不完全理性，將影響對電動汽車充電負荷的精確建模。
武漢大學電氣與自動化學院的研究人員通過分析用戶決策心理及交通流量分配規律，提出了一種電動汽車時空行為特性描述方法。
將電動汽車的時空行為分為活動鏈之間的轉移行為和在活動鏈上的轉移行為。首先引入活動分析法，考慮用戶行為的時空約束，將用戶一天的出行活動在三維空間中進行表達；將用戶每日活動進行分類，基于貝葉斯法分析了用戶不同活動-出行鏈之間的轉移關系；研究了每條活動-出行鏈上的轉移行為，考慮用戶在出行方式、出發時刻及出行路徑選擇之間的相互聯系和有限理性心理，基于累計前景理論提出了用戶感知滿意的出行三參考點規則及出行選擇模型；最后，計及交通網的動態特性和電動汽車充電特性，結合動態交通分配模型分析了電動汽車在活動-出行鏈上的時空分布特征，得出了電動汽車每日出行次數、充電次數等的變化規律。
圖1 用戶的活動行為三維時空表達
圖2 模型求解算法
圖3 不同模型下場景A、B交通流量分配情況
作者通過仿真分析可得出如下結論：
1）電動汽車的時空行為特性受多重因素的影響，不同條件下的用戶行為特性會有較大差異，本文所提方法能夠更加合理地描述不同場景下的電動汽車時空行為特性。
2）電動汽車占比的變化對電動汽車無需中途充電的路徑流量和出發時刻無影響；對于電動汽車需要中途充電的路徑，電動汽車占比的降低將使得該路徑上的電動汽車出行率降低而出發時刻提前；同時電動汽車每日平均出行次數和充電次數將逐漸減少。
3）隨著充電站服務能力的下降，電動汽車在需要中途充電的路徑上的出行率降低，出發時刻推遲；無需中途充電的路徑上出發時刻提前；電動汽車每日平均出行次數的降低，但將引起電動汽車每日平均充電次數的增加。
文中考慮用戶具有相似的參考點選擇標準，即用戶的“同質化”，為本文的不足之處；同時，在用戶選擇決策模型中僅考慮了時間成本，對于電動汽車而言，不同的時空電價是否會對其出行行為產生影響未進行考慮。后續研究工作將圍繞用戶的“異質化”、不同時空電價以及交通故障或交通管制產生的擁堵情況對電動汽車時空行為的影響展開進一步工作。
以上研究成果發表在2020年第7期《電工技術學報》，論文標題為“考慮用戶有限理性的電動汽車時空行為特性”，作者為吳賦章、楊軍、林洋佳、徐箭、孫元章。
