Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   6 ,  Decem ber   201 9 , p p.   5586~ 5595   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 9 i 6 . pp5586 - 55 95           5586       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Price   effect   an alysis   and   p re - res eravtion   s ch eme on   electric   ve hi cle   ch arging   network s       Ju n gho on  Lee ,   G yu n g - Le en  Park   De p ar t m ent   o f  C om pute r  Scie n ce a nd  St a ti st ic s,   Jeju   Na ti ona l  Uni ver sit y ,   Republi c  of  Kor ea       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   1 , 2 01 9   Re vised  Ju l   2 1 ,  201 9   Accepte d  J ul   28 , 2 01 9       Thi s  pap er  inv es ti gates  th e  pr ic e   eff ect  to   th e  charging  demand  co m ing  from  el e ct ri c   vehicl es  and   the n   eva lu at es   th e   per for m anc e   of   a   pre - rese rva t io n   m ec hani sm   usin g  th e   re al - l ife  d emand  p at t ern s.   O n   the  cha rg ing   ne twork  in  Jeju  cit y ,   the   o ccupancy   ra te s  for  3  pric e  g rou ps,  n amel y ,   fr ee,  m edi um - pric e ,   and  expe nsive   c har ger s,   ar e  s ep ara t ed  al m o st  ev enly   b y   about  9. 0  %,   whil e   a  set   of   ch arg ers  dom ina t es  the   cha rg ing  d emand  during   hot  hours.     The  virt u al  pre - r ese rva t ion  sch e m e  m at che s   elec tri c   veh ic l es  to   a   ti m e   slot   of   a  cha rg er  so   as   n ot  onl y   t o  avoi d   int ole r able  w ai t i ng  ti m e   in   cha rg ing  sta ti ons  s y stematica lly   b ut  al so  to  in crea se  the   r eve nu e  of  service  provi der s,  t aki ng   int o  ac coun t  bo t h  biddi ng   le v el s  spec ified  b y   elec tri c   vehicl es  and   pre fer ence   cri t eri a  d efi n ed   b y   cha rg ers.   The   per fo rm ance  anal y s is  r esul ts  obta in ed   b y   prototy p e  i m ple m ent at ion   show   tha t   t he   proposed  p re - rese rva t ion   m ec hani sm   improves  the  rev en ue  of  s erv ice  pr ovide rs  b y   up   t o  9. 5  %  an d   42. 9  % ,   compa red   wi th  the  l ega c y   FC FS   a nd  rese rv at ion - l ess  walk - in   sche m es  for  th e give n  p erf orm an ce   p ara m eter  se t s.   Ke yw or d s :   C hargin g netw ork   E le ct ric   ve hicle   P re - rese rv at io n    P rice ef fect   R evenue i ncr e ase   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Gyu ng - Lee n  P ark ,   De p ar t m ent   o f  C om pute r  Scie n ce a nd  St a ti st ic s,   Jej u   Nati on al   Un i ver sit y ,   Jej ud ae ha kno 102, R ep ubli c   of Korea .   Em a il : jh le e @jejun u. ac. kr       1.   INTROD U CTION     Ele ct ric  ve hicle s,  or  E Vs  i n  s hort,  a re  r eplaci ng  le gac y  gas oline - power e d  ve hicle s,  bri ngi ng     a  po ll utio n - f re e  trans port  era   [1 ] .  A s  they   get  ene rg y  f rom   the  el ect ricity   netwo r k,   t r ans port  syst em s   are  beco m ing   a   pa rt  of  the   el ect r ic it y  gr id,  sp e ci fical ly ,  the  s m art  gr id   [ 2].  Def i nitel y,  the  wide   ex pa ns i on  of   chargin g  in fr as tructu res,   i nclu ding  cha r ging  sta ti on s,  e nerg y  pr ovisi onin g,  and   t he  li ke,   i s  the  m os t  i m p or ta nt  pr e requisi te   f or  the  fast  pe ne trat ion   of   E Vs.   H ow e ver,   we  ca nnot  c om plete ly   avo id  the  in suffic ie ncy  in    the  c hargin g  c apacit y  or  the   dem and - sup ply  m is m a tc h  in   early   sta ge s.  Hen ce ,  it   i s  ne cessary  to   e m plo y    an  e ff ic ie nt  m anag em ent  syst e m   fo r   c hargin g  facil it ie s  to  m on it or   their   r eal - tim e  beh av iors,  not  on ly   t o  detect   fail ur es   im m e diate ly   bu t   al so   t o  ob ta in   operati on  rec ords   f or  bette r   plann i ng.  M or e ov er,  t he  m anage m ent   syst e m   can  su ppor t  a  reserv at ion   m echan ism   and   al so   i m ple m ent  an  appr opriat e  pri ce  po li cy   bas ed  on     the an al ysi s  of  the ope rati on hi story d at a  [ 3].   Ma nag em ent  capab il it ie s,  com bin ed   wit h  a  rese rv at ion  strat e gy,   ca n  al le via te   in her e nt  inco nv e nien ce  stemm ed  fr om   long  c hargi n g  tim e  by  fr eei ng  dri ve rs  fro m   wasti ng   thei r  ti m e  in  the  wait ing   qu e ue  [4 ] .  M oreo ver,  a  s ophi sti cat ed  m at c hing  m echan ism   between   E Vs  a nd   c ha rg e rs  can   be  desi gn e d  t o  distrib ute  e nergy  loa d  ov e r   the  ti m e  and  s pace  axis,   as   well   as   to   inc r ease  the   prof it   of   c ha r ging  s erv ic e   pro vid er s  [5 ] .   I t  is  tr ue  t hat  t he   cha r ging  c os t   ha s  le ss   ef fect   on   the   cha r ging  dem and ,   co m par ed  with  ga so li ne   fu el in g,  du e   to   m uch   c hea pe r  el ect rici ty   pr ic e.  H oweve r,  local   dri ve rs,  w ho  a re   fam i li ar  with   the   c urrent   chargin g pr ic es  arou nd   t heir  vi ci nity , h ave no  reas on to disrega rd  t he  pri c e d iffe re nce.  T his all ow s  us  t o  sh a pe   the  overall   de m and   by  lowe rin g  the  c harg ing   fee  on   no n - busy  cha rg e rs  du rin g  the  hours  of  lo w  traff ic .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Pric e eff ect  a naly sis a nd  pr e - reseravti on   sc he me on el ect ric  vehicl e c ha r gi ng n et w or ks (J unghoo n  Lee)   5587   In  a dd it io n,  if   the  c ha rg i ng  pr i ce  is  set   hi gher   f or  the   ho t   s ta ti on s   duri ng  pe ak  hours,   the   r evenue   of   cha r ging  serv ic e  pro vid e rs wil l i ncr ease  [6].   The   first   ste p  for  pr ic e   po li c y  plan ning   is  t he  a naly sis  of  the  c os t  e ff ect   to   the   cha r ging  dem and .    It  can  be  ca rr ie d  out  m aking   use   of   real - li fe  op e rati on  rec ords  accum ulate d  in  the  ta r get  EV  cha r ging  s yst e m .   Our  ci ty ,  nam el y,  Jej u,  Re public  of  K or ea ,  c urren tl y  run s  a  ci ty wide  c hargin g  net work  c on sist in g  of  a bout   245  DC   c harg ers  i ns ta ll ed  f or  public  us e   [7 ] .   T her e   are   4  c hargin g  se rv ic e   pro vi ders  f r om   bo th   ci vil  an d  gove rn m ental   do m ai ns ,  w hile  the  na ti on al   auth or it y  m a kes  them   repo rt  their  real - ti m e  wo r king  st at us   t o    the  cent ral  ser ver   via  the   av ai la ble  com m u nicat ion   c ha nnel .  Af te r  ac qu i rin g  the  pe rm i t  to  ex plo it   thi s  data ,   our  a ppli cat ion   retrieves   the   operati on   rec ords   of  c harge rs  belo ngin g  t o  our   ci ty   fro m   the  central  databas e   ever y  5  m inu te s  an d  st or es  i n  the  local   data base,  c reati ng  an  e vergro wing  ti m e - series.  I t  m us t  be  m entione d  that  cha rg e rs  are  ad de d  or   detache d  to   or  f ro m   the  m on it ori ng  syst e m   fo r   m any  reasons  su c h  as  ne w   instal la ti on s,  c om po ne nt  fail ures,  operati on  s trat egy  cha nge s,  a nd  the  li ke.   Ther e f or e,   the   nu m ber   of  c hargers,   even n ot s o fr e qu e ntly , k ee ps  changin g  a nd t he data set  un de rgoes   i ns ta bili ty  f ro m  tim e to ti m e.   In   t he  m eantim e,  we  can  as su m e  that  a  pre - rese rv at io n  a pp li cat io n  f or   the  ne xt  day  c hargin g  will   app ea r  with  th e  support  of   ha rdwar e  im plem entat ion   w hi ch  di rectl y  co ntr ols  the  c harger  operati on  unde r    the  co ordi nation  of  upp e r  la ye r  ap plica tio ns.  In ste a d  of   proce ssin g  r ese rv at io n  r equ e sts  one  by   on e ,   it   al locat es  (c ha rg e r,  tim e  slo t)  pairs   to   m ult iple  E Vs  sim ul ta neously   to   ac hieve   the   gi ve n  pe rfor m ance  goal .   The n,   it   is  po ssible  to  desig n  a  bi dd i ng  m echan ism   fo r  hot  cha r ger s   durin g  peak   hours  s o  as  to   avo i d  unpredict able   energy  dem and   im balance.   Actuall y,  our   r esearch   te am   ha s  pr opos e d  an   EV - c harger   m at ching  schem e  wh ic h  no t  on ly   incre ases  the  num ber   of  m at ches  bu t  al so   e nhan ces  the  re venu e  of   c hargin g  serv ic e   pro vid er s,  ta il o ri ng  the   sta bl e  m arr ia ge  prob le m   to  ta ke   as  m any  high - bi dd e rs  a s  possible  [ 8].  H oweve r ,     the  pe rfor m ance  has  been  m e asur e d  us in g  a  rather  unreali st ic   rando m   pro cess  m od el .  H ence,  t his  pa pe r  is  to   first  s umm ariz e  the   pri ce  e ffec t  on  c ha rg i ng  dem and   us i ng  t h e  Jej u  data set   [ 9]  a nd  the n  fee d  t he  res ult  to     the E V - c harger  pre - reservat io n  m echan ism  t o  asses s it s  perform ance b ase d on a  real - li fe  scenari o.   This  pa per  is   orga nized   as   f ollows:   Af te r   descr i bing   the   m ai n  top ic   a nd  it s  c orrelat ion  with   our   pr e vious  rese a rch es   in   Sect ion  1,  Se ct ion  2  s hows   the   m ai n  featu re  of  the  m on it or ing   data  a rch i ve  a nd   the  analy sis  re su lt   in  te rm s  of  the  cha rg i ng  dem and   dy nam i cs.  Sect io n  3  c aptu res  the  rea li sti c  de m and   patte rn  for  the  e valu at ion   of  E V - r el at ed  app li ca ti on s,  be ginning   with  the  exp la natio n  of   our  pre - rese r vation  m echan ism .  Sect ion   4  c onduct s  e xp e rim e nts  to   m easure   the  pe rfor m ance  of  the   E V - c hargin g  m at ching  schem e  with  t he  a naly zed   ch arg i ng  loa d.  Fi nally ,  Sect io n  5  c oncl udes  t hi s  pa per  with  a   bri ef   intr oduct ion  of   fu t ur e   w ork.       2.   PRI CE EFFE CT AN ALY SI S   2.1.   Data ar chive   To  beg i n  with,   we  plo t  the  l oc at ion   of   eac h  charge r  on  t he   ro a d  netw ork  of  Je ju  ci ty   as  show n  i n  Figure  1.  T his   m ap  is  do wnloade d  from   an  open   data  si te   in  a n  ESRI   sh a pe   file   for m at   and  pl otted  on     the  R  pac kag e  workspace  [ 10] .  The  coa stl ine  of   t his  isl and  stret ches  a bout   200  km   l ong,  wh il e  the  t wo  m ost   popula te d  to w ns   are  l ocated   in  the  nort he rn m os t  and   s outhe rn m os t  re gions.  Je ju  ci ty   is  on e  of  th e  m os t   fam ou s  t ourist  at tract ion s   in   t he   East   Asia,   s o  t ourists   occ upy  a   la r ge   po rtion  of  the   who le   ci ty   traf fic  a l m os t  al l  ye ar  r ound.  Ther e f or e,   the   chargin g  l oad  is  not  re stric te d  to  local   resi de nts  bu t  c om es  fr om   tou rists  dr iving  EV  re nt - a - cars .  The  fig ur e  s hows  t hat  cha rgers  are  i ns ta ll ed  la r gely   in  pro po rtion   t o  the   popula ti on   de ns it y,   wh ic h  is   de fin it el y  interrelat ed  with   the   c urren t   E V  pe ne trat ion  [ 7].  T hu s ,  we   can   s ee  tw o  da rk  a reas  i n    the  up per   a nd   lowe r  par ts  of  the  m ap.   In   add it io n,   t o  m eet   the  dem and   f r om   tou rists,  s om e  char ge rs  a r e   instal le d  in   fa m ou s  tourist   at tract ion s.   T hose  c ha rg e rs  are  scat te re d  ov e r  t he  ci ty   area.  I n  the   f igure,   wh e n  m or e t ha n on e  ch a r ger  i s instal le d  i n  th e sam e b uildin g,  m ulti ple let t ers ov e rlap  and  just  on e  appea rs.     On  the   m ap,   c harger s  a re  m a rk e d  by  F  ( Fr e e),  M   (Me diu m - pr ic e),  a nd  E  (E xpen sive) ,   res pecti vely .   Ther e   a re  c urr ently   3  pri ce  l evels.   First,   it   is  fr ee   ( F)  on  60   cha r ger s   op e rated   by  th e  local   go vern m ent.   Seco nd,  it   cost s  about  3  USD   (M)  to f ully   charge  a 2 0  kw h   EV  batte ry o n  49   c ha rg e rs  possesse d  by  a  nationa l  gove rn m ent  m inist ry.  Last ,   6  USD   (E )  is   cha r ged  f or  t he  s am e  el ectr i ci ty   a m ou nt   at   136  c harge rs  run   by  pri vate  se r vi ce  pro vid er s  [ 7].  E ven  th ough  the   di ver sit y  of  pri ce  le vel s  is  quit e  lim ited,   we  ca n  est i m at e   how  m uch  the   pri ce  will   in f luence   the  dri ver si de  be hav i or  f or  f uture  c harger   dep l oym ent.  As   m entione d  earli er,   the   nu m ber   of  c harg ers  unde r   the   c on t ro l   of   the   m on it or ing  sys tem   has  c ha nged  from   tim e  t o  ti m e.  Durin g  A ugus t   2017,   the   cha rg i ng  net work  m os t  reli ably   op e rated ,  a nd li ng  the   la rg e st  nu m ber   of  c ha rg i ng   transacti ons.   H ence,  t his  re se arch  f ocuses  on  the   data  a rc hi ve  obta ine d  duri ng  this  per i od.  Be side s,  sl ow  AC  charger s,   m ai n ly   instal le d  i n  ind ivi du al   hom es  f or  ove rn i gh t   c hargin g,  are  not  i nclu de d  i n  the   m onit or in g  do m ai n,  as t he y hav e  no reas o n t o be  global ly  co ordi nated.  W e a re  only  intereste d i n  t he  pub li c  fast c ha rg e rs.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5586  -   5595   5588       Figure  1 .  EV c harger  d ist ri bu t ion       This   data   arc hiv e   is   quit e  diff e re nt  from   the   le ga cy   ones   w hich   ta ke   c hargin g  re cords   f r om  resp ect ive   E vs  [1 1].  So,  w e  s el ect   the  occ up ancy  rate  as   th e  m a in  m e tric   for  the   pri ce  ef fect  analy sis  i n  our  exp e rim ent.  H ere,  th e  occ up ancy  rate  is  t he   pro bab il it y  that  a  c harger   is  occ up ie d  at   a  sp eci fic  ti m e   instant  and  cal culat e d  by   di vid in g  the  num ber   of   repor ts   in di cat ing  a  c harge r  is  ser vicin g  a n  EV   by  that   of  total   repor ts .  I n  ca s e  a   ne w   E V  re places  t he   pre vious   one   wit hi n  a   5 - m inu te   repor t   inter val   in  t he  s am e  char ge r,     it   is  no t   possib le   to  know  whet her   a   ne w   tra ns act io n  has  st arted,   as  t he  re port  do es   no t  i nclu de  E V  i de ntifie rs   for  the   sa ke  of  pri vacy  protec ti on .  He nce,   th e  occ upancy  ra te   is  the  m os t  m eaningfu l  i nfor m at ion   we   c an  get   with  this  data  arch i ve.   It  giv e s  us   a n  insi gh t  of   c harge r  util iz at ion   a nd   c ha rg i ng   dem and .  Ba sed  on  t he  a bove   def i niti on s,  on e  of   our  pr e vio us   w orks  cl ust ers  the  da il y  patte rn   on  ea ch  cha r ger   to  check   i f  there  exists  a   com m on  ser vic e b e hav i or sh a r ed by a  gro up  of cha rg e rs, b ut  w it hout th e c on si der at io n o f  the  pr ic e le vel   [ 7] .     2.2.   Dem an d  beh aviors   The   first   ex pe rim ent  m easur es  the   o ccu pa ncy  rate  f or  t hose  3  gr oups  of  c hargers  durin g  A ugus t   2017,  a nd   the  resu lt s  are  s ho wn   i n  Fig ur e  2.   Fi gure  2(a)  plo ts  the  occupan cy   rate  for   a  whole  day,  wh il e   Figure  2(b)   only  f or  t he peri od fro m  1 2 PM  to  6  PM . Ch a r ging d em and  is  co nce ntrate d  i n  this  inte rv al , duri ng   wh ic h  the   ci ty wide  e ne rg y  dem and   al s o  rea ches  t he  peak.  Figure  2( a )  s hows   that  t he  oc cup a ncy  rate  of   free   charger s  is  hi gh e r  t han  the  oth e rs  by  8.9   and  9.3   %  on   ave rag e ,  respec ti vely ,  w hile  the  occ up a nc y  rate  diff e re nce  bet ween  m edium - pr ic e   an d  ex pe ns ive   c hargers  is  ve ry  sm al l.  On  the   c on t rary ,  the   ga ps  betwee n  3  curves  bec ome s  m or e  viv i d  in  Fig ure  2( b).  F ree  cha r ge rs  are   m or e  fr e qu e ntly   us e d  tha n  m ediu m - pr ic e   charger s  by  up   to  13.0   %,  bu t  the  gap   has  be en  once  re ve r sed.   T his  sit ua ti on   can  possi bly  happe n,   as   m or e  m edium - pr ic e  charger s  a re  i nst al le d  in  t ouri st  at tract ion s ,  wh e re  t he  dayt i m e  dem and   c an  e xplo de.   A nyway,  the  e nlar ged  ga p  i nd ic at es   th at   so m e  dr i vers  c hange   cha r ger s   wh e n  fi ndin g  t hat  fr ee   on e s  t hey  want   are   al read y  occupi ed  in  bu sy  hours.  H ow e ver, e ven in t hat cas e, they  rar el y c hoos e  expe ns iv e ones.                     (a)   Whol e d ay   occupa nc y rate                 (b)   Hot - hour  occ up a ncy  rate     Figure  2 .  D ai ly  ch a rg i ng b e ha vior   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Pric e eff ect  a naly sis a nd  pr e - reseravti on   sc he me on el ect ric  vehicl e c ha r gi ng n et w or ks (J unghoo n  Lee)   5589   Nex t,  Fig ur e  3(a)  a nd   Fig ur e  3(b)   plo t  the  hourl y  occ up a nc y  rates  for  al l  charger s  an d  t ho s e  f or   ho t   20  c hargers,  re sp ect ively ,  t o  c heck  the   loa d  im balance  betw een  t he  c harge rs.  O ur  ob se r va ti on   has   disc overe d  that  a bout  50  c harger s  dom in at e  the   ove rall   cha r ging   act ivit ie s.  Am ong  t he se,  23  fr ee ,  12  m edium - pr ic e,  a nd   15  ex pe ns ive   charger s  a re  i nclu ded  a nd  they   are   us uall y  instal le d  in   high - popula ti on  a reas.   Most   of  al l,    the  tw o  fig ur es   sho w  a n  a bsolute  di ff e ren ce   i n  the   occupa nc y  rate.  In te r est ing ly ,  e xpe ns i ve   cha rg e rs  a re  m or e  fr e qu e ntly   us e d  tha n  the  ot he rs  over  t he  tim e  interval  f ro m   2  AM  to  4  A M.  Dr i ver s  see m   to  char ge  t he ir  EVs   without  c on si de rin g  the  pri ce  at   dawn.  O n  t he  c on tra ry,  duri ng   dayt im e,   the  di ff e ren ce   betwee n  t he  three  i s   m agn ifie d.  Th e  peak   dem and   ta kes  place  be tween  16   PM  and   18  PM  in   Jeju,  w he re  to ur ist s  occ upy  a  la rge   portio n  of  ci ty wide  tra ff ic   on   the  ro a d.   In t ui ti vely ,  daily   t ours  us ually   ne ed  one  m or e  chargin g  ar ound  this   tim e,  pr ovide d  that  EVs  a re   fu ll y  charge d  ov e r night  an d  sta rt  the ir  t rips  in  t he  m ornin g.   In   a ddit ion ,     Figure  3(b )  tra ces  in div id ual  dem and   patte r ns .  He re,  20  out  of  hot  50  cha rg e rs  a re  rand om ly   sel ect ed  to  av oi d  too   m uch   cu rve  com plexity .  The  fi gure  s hows  that  m os t  of   high - dem and  chargers  sh a r e  a  com m on   de m an d  patte rn ,  in dicat ing   that  a  pri ce  po li cy   can   be  ap plied  unif or m ly .  Af te r  al l,  a  reserv at ion   m echan ism   is  necessa ry dur i ng the i nter val  from  1 2  to  6 P M.         (a)   H ourly  o cc up a ncy  rate     (b)   Hot - cha rg e r hour ly   rate     Figure  3 .  Ho url y char ging   be hav i or       As  a n  e xten de d  ver si on  of  [9] ,  this  w ork   f oc us es  on  the   pr ic e  eff ect   t o  th e  dem and   patte rn  to  obser ve   the  pe rfo rm ance  of  E V  c hargin g  a pp li cat io ns .  For  m or e  de ta il ed  ex per i m ent  resu lt s,   inclu ding  the   e ff ect   of  charger   de ns it y  and  the  dista nce  to   a  nearb y  fr ee  c ha rg e r  to  the  occ up a nc y  rate,  re fer  to  [ 9].  In  ad diti on,  f r om  the  te m po ral  on - off  stream ,  we  ca n  detect   the  sta rt   an d  e nd  ti m e  of   c ha rg i ng  tra ns act ion s .  It  al lo ws   us  to   est i m at e  the  len gt h  of   cha rg i ng  tim e,  the  a m ou nt  of  e nergy,  a nd  the  li k e,  m uch   re duci ng   t he  am ount  of   m e m or y t o  sto r e the  data arc hi ve.       3.   DEM AND P A TT ERN  F OR  THE  PR E - RE SERVATIO N  M E CHANI S M   3.1.   Reser vation  mecha nism   W it hout  a  res erv at io n  m echan ism ,  an  EV   dr i ver   visit s  a  chargin g  sta ti on   on  the  r oute   an d  ta kes     a  cha rg e r  i f  a vaila ble.  Othe rw ise ,   the   dri ver  will   ei ther   wait   or  m ov e  to  a nothe r  s ta ti on .  E ve n  t ho ug h    a  releva nt  ap pl ic at ion   sho ws  t hat  a  cha rg e r  i s  fr ee  now ,  it   can  be   ta ke n  by   oth e r  E Vs,   whil e  an  EV  is  he adin g  for  the  c harge r .  As  t he  ser vic e  tim e,  na m e ly,  the  cha r ging  transacti on  le ngth,  f or   eac h  E V  can  e xte nd   t o  te ns  of  m inu te s,  th e  wait in g  ti m e   can   grow  s oon.  W it h  the   s uppo rt  of  an   int erf ace   ci rc uit  capab le   of  i nject ing  el ect rici ty   to  an  EV  duri ng   t he   sp eci fic  ti m e   interval  under  the  co ntr ol  of   the  co ordinati on  entit y,  a  cha r ging   sta ti on   ca n  pr ov i de  a   rese r va ti on   m echan i sm .  Gen erall y,   a  reservat io n  re qu e st  is  processe d  one  by   one   accor ding   to   t he  FCFS   (F irs t  Com e  First  S erv ic e)   poli cy .  He re,   th e  request  s ubm itted  fir st  has   an   ul tim a te  pr i or it y  ov e r  t he   la tt er   ones ,  wh il e  dri ve rs  s el ect   charge rs   (alo ng  with  ti m e  slots)   out  of  a vaila ble  on es  with  the  help   of   an   app li cat io n  whic h  s hows   the   up - to - date   rese rv at io n  sta tus   [ 12 ] .   A n  E V  ca n  iss ue   a  reservat i on   request  un ti l  j ust  b ef ore the  ti m e slot it  w ant s,  as   l ong  a s it   can a rr ive .   Eve n  th ough  t he  FCF S  po li c y  is  so   c ommon,  easy   to   im plem ent,  and   f ai r  to  requeste rs,   it   ca nnot  coor din at e  requests  t o  ac hieve  oth e r  syst e m   go al s  su c h  as  gl ob al   pea k  sh a ping  an d  per s onal iz ed  pri ci ng .   Me anwhil e,  th ere  are   E Vs  w ho s e  ne xt  day  tour  sc hedules   are  fixe d,   f or   exam ple,  deliv ery  ser vices,  t ourists   veh ic le s,   a nd  s cheduled   busin ess  tri ps .   Mo re ov e r,  E Vs  ca n  po s sibly   try   t o  reserve   a  c harger   a nd  m ake  a  to ur  plan  acc ordin g  to  the   reservat ion  re su lt ,   w he n  they   ha ve   m ulti ple  op ti ons .   I n  this   case,   a   set   of   re quest s  from   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5586  -   5595   5590   EVs  a re  ha ndle d  sim ultaneou sly .  That  is,  t he  co ordi nato r   colle ct s  reque sts  by  the  e nd   of   a  ce rtai n  de adline   and   pairs  EVs  and   c ha rg e rs.   Her e ,  an  E V  m ay   su bm it   m or e  than  on e  cha rg e r  it   wan ts ,  wh il e  at   m os t  on e  c a n  be  a d m itted.  The n,   m any - to - m any  coo r dina ti on   is  ca rr ie d  ou t  i n  a   bat ch  m od e  as   a   va riant  of  bi par ti te   m at ching .  T his   is  the  m ai n  idea  of   pr e - rese r vation.  W e  as s um e  that  the  tim e  axis  is  div ided  i nto   a  seri es  of   fixe d - siz e   slot s  a nd  re ser vations  a re  m ade  by  the   sl ot.  E V  c ha rg i ng  ca n  sta rt  on ly   from   the  be ginn ing  of     the tim e slot th e EV  h as  r ese r ved.   Fr om   the  view po i nt  of  EV s,  the  rese rv at io n  is  fu lfil le d  in   two  ste ps ,  na m el y,  pr e - rese rv at io n  a nd   ordina ry  FCF S - ba sed  rese rvat ion ,  resp ect i vely .  I n  the  pre - reservat i on  ste p,   E Vs  ca n  basical ly   nom inate   m ul ti ple  (ch ar ger,  slot)   pair s  they   wa nt.  T he   reservat io n  re su lt s  are  not  cr eat ed  unti l  the  end  of  a n  ap plica ti on  dead li ne .  T hen,  slots  are  m atch ed  t o  EVs  a ccordin g  to  th e  pr e fer e nce  at   the  EV  side  a s  well   as  the  pri or it y  functi on  set   by  cha rg e rs.  A n  EV  m ay   fail   in  rese rv i ng  a  sl ot  if  al l  re quest   entries  a re  bea te n  by  oth e rs.  A  slot   cannot  be   assi gn e d  in   case   no  EV   has  a ppli ed.  T ho se   E Vs   fail ed   in   the   pre - reservat io n  sta ge  a re  re qu i red  t o  fo ll ow  t he  next   reservat io n  proce s s.  Her e ,  ne wco m ers  can   j oi n  the   pr oces s  an d  eac h  request  is  handled   one   by  one.   He re,   par ti ci pa nts  do  no t  ha ve  to   nam e  m ulti pl e  can did at es  s i m u lt aneo us ly .   In  the  sec on d  ste p,   the  dri ve r  m us t  searc h  slots   le ft  after   the   pr e - rese rv at io n  proces s  a nd  sel e ct   t he  on e   w hi ch  best  m eet s  his  or  her   dri ving  sc hedule.  We  t hi nk   t hat  so m e  In te r net  portal s  pro vid e  we b  ser vices  in dicat ing   the  l ocat ion   of  charger s  on  th e  m ap  an d  can   possibly   im pl e m ent  a  reserv at ion   m echan ism   j us t  li ke  ho t el   book i ng  ser vices .   Our   desi gn  put s  em ph asi s   on   the  pr e - re ser va ti on  ste p,  as   t he   ordina ry  pro cess  is   no t   pec uliar  a nd   has   nothin g  to im pr ov e .   Figure  4  s umm arizes  this  m ec han ism ,  assumi ng   that  n   c ha r ger s  a re  pa rtic ipati ng   for  the  t i m e  per iod   from   12  PM   to   18   PM.  Only  d uri ng   the  h ot  h ou rs,  t he   r ese rv at io n  ser vice   is p rovide d, w hile no t   eve ry charger   par ti ci pates  i n  the  ser vice.  Th e  tim e  slot  is  30  m inu te s,  m a king  the   total   num ber   of  slots   to  m at ch  is  n   x   12  if   each  cha rger  op e ns   12   sl ots   for  rese rv at io n.   T he  slot  le ng t h  will   be  r oughly   set   to   the  aver a ge  c ha rg i ng  transacti on   tim e  a nd  m us t  inc lud e   the   ov e r he ad   to   m anipu l at e  the   re gistra ti on  de vice,   pl ug  t he  EV   c onnecto r   into  a   cha rg e r,  pay  the   fee,   an d  the   li ke.  W e   assum e  that  EVs  will   le ave  be fore  the   e nd  of  re ser ved  ti m e   slots,   po s sibly   du e   t o  str ong  pe nalty   poli ci es.  In  th e  fig ure,   slots  are  nu m ber e d  seq uen ti al ly   from   Charg e r  0.  An  E V   sp eci fies  the   li sts  of  ( c harger ,   slot) p ai rs,  w hi ch  are  m app e d  to  res pecti ve  i den ti fier s  f or  a ll ocati on . A s  at   m os t   on e  of t he  re qu est s can be ac c epted pe r  E V,   t he  sl ot assig nm ent is reduce d  to  a  bip a rtit e m at ching   pro ble m .    W it hout  any  oth er  requirem ent,  the  goal   of   t he  m at ch  pr oc edure  will   be  t o  m axi m iz e  the  nu m ber   of   (EV,  sl ot)   pair s.  Howe ver,  c ha rg e rs  prefe r  hi gh est   bi dd e rs  to  im pr ove  the ir  re ve nu e .  T he n,  the r e  a re  w ei gh t s   on  E V - sl ot  li nks  a nd  th e  pro blem   gets  com plex.  Her e,   the   prefe ren ce   f r om   each  par ty   i s  ex plici tl y  defi ned .   On   t he  EV  side,  eac h  E V  sim ply  li s ts  (ch ar ge r,   s lot)  pair s  acc ordin g  to  it s  pr e fer e nce  order.   Un li ke   the   ordina ry  m at chi ng  sc hem e,  th e   num ber   of  app li cat io n  e nt ries  is   m uch   s m al le r  than   th e  total   nu m ber   of   sl ots  an d  can  be  diff e re nt  EV  by   EV.   On   t he  oth e r  ha nd,  at   the  cha rg e r  si de,   a  c harge r  giv es  pr i or it y  to  t hos e  EVs   wh ic h  wan t  t o  pay  m or e   to  i ncr ea se   it s  re venue.   T o  this   en d,  our   ser v ic e  m akes  EVs   su bm it   the  pr i ce  they   w ould   li ke  to  pay,  m aking   a   rese r vation  ent ry  (c harger ,  slot ,  bi d).  I n  t he  e xa m ple  of   Figure  4,   E V  0  app li es  for  2  s lots  w hile  EV  1  just  on e .  T he n,   the  rese rv at i on   m echan ism   chooses  first  t ho s e   requests  biddin g  hi gher.   I n  ca se  two  or  m or e  biddin gs   a re  ti ed,   t he  re quest   hav i ng  a  s horter  prefe re nce  l eng t h  will   be  sel ect ed  as  it   has  le ss   po s sibil it y  to  be  pic ked.  I f  ti ed  agai n,   the  r equ e sts  w hich  arr ive d  first  wi ll   be   pr e ferred .  Af te r  al l,  t he  pr e fe ren ce   f unct ion  at   the   cha r ger  side   is  c om pl et ed.   T his  pro cedure  is   cu stom iz ed   from  the S MP  (S ta ble Ma rr ia ge  P r ob le m )  sol ver .           Figure  4 .  Mat chin g - base d pr e - al locat ion   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Pric e eff ect  a naly sis a nd  pr e - reseravti on   sc he me on el ect ric  vehicl e c ha r gi ng n et w or ks (J unghoo n  Lee)   5591   The  bip arti te   m at ching   pr oc edure  r uns  with  the  cl ass  def i niti on   s how n  i n  Fig ure  5  [8 ] .   The  Ch arger   cl ass  is  insta ntiat ed  f or  each   (c harger ,  sl ot)  pair.  Eac h  E V  obj ect   c onta ins  a  prefe re nce  li st  c on sis ti ng  of   m ul ti ple  reque st  entries,   w hi le   pos   fiel d  points   t o  the   re qu e st  entry  t o  proces s  nex t.   It  ca nnot  go  beyo nd    the  num ber   of   entries  a nd  if   it   do es ,  the   EV  ca nnot  be   assig ned  to  a   slot  an d  will   be  el im inate d  from     the  m at ching   process .  I n  ad diti on ,   the   m at ch   fiel d  i n  the   cha rg e r  cl ass   kee ps   t rack  of  the   c u r ren t  m at ch .     The   m at ching   schem e  proces ses  from   the  fi rst  E V,  wh ic h  arr ive s  first.   H ow e ve r,  this   orde r  does   not  aff ec t     the  final  m at c hing  re su lt .  If   the  (c harger ,  s lot)  is  not  ye t  m at ched ,  it   w il l  be  assigne d  to  the  E V,   t ha t  is,   the  m atch   fiel d  in  the  c h ar ge r  cl ass  will   be  se t  to  that  EV .  O ther wise,  the  c urren t  E V  a nd  the  chall en ging  E V   fig ht  acc ordin g  t o  th e  c rite ria  desc ribe d  previ ou sly .   Th e   wi nn e r  will   ta ke  t he  place  wh il e  t he  l os e r  will   con ti nue   the   c on te ntion  with   the  ne xt  requ est   entry.   He re ,  the   po s   point er  will   procee d  by  on e .  We   do  no t  consi der the ca se a sin gle E V t ries to r e ser ve t wo   or m or e slots sim ultaneou sly , as o ne  f ul l char ging ca n cove r   daily  trips  i n  m os t case s .           Figure  5 .  EV a nd ch a r ger   pref eren ce       3.2.   Requ es t  gener at i on  sce na ri o   As  s how n  in   the  pr e vious   se ct ion ,   each   c ha rg e r  has   it s  ow n  dif fer e nt  occ up a ncy  rate,  a nd  we  thi nk   that  this  dem and   distrib utio n  will   be  ke pt  as  li fe  sty le s  or   dr i ving  patte rn s  of  ci ti zens  will   no t  c ha ng e  i n    a  short  ti m e.  The  num ber   of  ch ar ger s   w hi ch  will   par ti ci pate  in  t he  res erv at io n  se r vice  is  not  kn own  ye t.   Howe ver,  f or  tho s e  in  t he  ser vice  gro up,  E Vs  will   send  r eserv at io n  requests  m uch   si m il arly   as  the  curren t   dem and   patte r n.   Hen ce ,  f or   n   cha r ger s  part ic ipati ng   in  th e  reservat io n  s e rv ic e,  our  lo a d  ge ne rati on   m od ule   su m s  up   the  c urren t  occupa ncy  rates  f or   t hem   and   the n  cal culat es  the  pro bab il it y  that  a  charger  will   be   sel ect ed  just  li ke  the  well - known  R ou le tt e  wh eel   m et ho d.   Her e ,  n   is  gi ven  as  a n  ex pe rim ent  par am et er.   As  for  t he  nu m ber   of  E Vs,  EVs  will   be   m ai nly  boug ht  by   local   resi de nt s  in  t he  dow nto w n  area   due  t o  easy   acce ssibil it y  to  cha r ging  facil it ie s.  A ddit ion a ll y,  EVs   will   be   pu rch ase d  by  re nt - a - car   c ompanies   se rv ic in g  f or   tourist s,  who  ge t  m or e  inte re ste d  in   eco - f ri end ly   d ri ving  with  E Vs.  E ve n   th ough  t he  num ber   of  E Vs   ta ken   by  to ur ist s  gets  highe r  f ro m   tim e  to  tim e,  especial ly   during   t he  vacati on  seas ons,  th e   m ajo rity   of   E Vs  on   the  ro a d  is  owne d  by  loca ls.  Hen ce ,  the   chargin g  de m and   will   no t  change  in  s pite  of   forthc om ing   p enet rati on s .   Nex t,  t he  pro bab il it y  that  an  E V  sel ect s  low - pri ce  cha r ger s  c an  be  i nf e rr e d  from   the  cu rr e nt  occupa ncy  rat e  acco rd i ng   t o  the  pr ic e  le ve l.  The  dri vers  act ively   pr efe r rin g  f ree  c hargers  are  s ensit ive  to     the  cha r ging  c os t.  R oughly   sp ea king,  t he  dem and   rati o  for  3  groups  i s  2:3 : 4,   eac h  of   w hich  re presents   exp e ns i ve,  m e diu m - pr ic e,   a nd  free   c ha rg e r s,  res pecti vely .  As   the   pr ic e   le vel   will   be   di ff e ren t   a nd  ke ep   changin g,  es pe ci al ly   wh en  c om bin ed  with  t he  biddin g  pro cess  in  t he  nea r  f uture,  t her e   exist s  a  dr ive r  gro up   wh ic h  will   put  the  to p  pri ori ty   on  the  cha rg i ng  co st  an d  wi ll   bid   as   lo w  a s  possible .  Mo reover ,  loc al s  te nd  t o  m or e  li ke  cheap er  c harger s.  Hen ce ,  we  set   the  rati o  of  the  gro up  as  a  perform ance  par am et er.  In   th e  data   arch i ve  a naly sis,  the   d iffe re nc e  in  util iz at ion   betwee n  m edium - pr ic e  a nd  e xpensi ve  c ha rg e rs  gets  le s s  vi vid  al ong  the   tim e  axis.  The   sel ect ion   see m s  to  de pe nd  m or e  on  th e  cha rg e r  loc at ion   tha n  t he   cost .   Hen ce ,  f or  the   non - sen sit ive  gro up,  the  pro bab il it y  to  sel ect   ou t  of   t he  res t  of  c harger s,  will   be  t he  sam e,   nam ely, d ist rib utes r a ndom ly .       4.   PERFO R MANC E  A NA L Y SIS RES ULTS   This  sect ion  m easur e s  t he  pe r form ance  of  t he   pr opos e d  sc hem e,  com par ing  with   the   le gacy  FC FS   strat egy  a nd  the  reservat io n - le ss  walk - in   poli cy .  The   pe r form ance  m e t rics  inclu de  th e   num ber   of  m at ched  charges   an d  t he   gai ned  prof it .  T he  e xperim ent  ta kes   nu m ber  of  EVs ,  num ber   of  c ha r ger s   ( slots) ,  a ver a ge  pr e fer e nce  le ngth,  a nd  pri ce  sensiti vity   as  pe rfor m ance  pa ram et ers.   By   def ault,  they   a re   set   to  800,  50 ,  3.0,  and   0.3 3 ,  res pe ct ively .  Perform ance  is  m eas ur e d  cha ngin g  on e  par am et er  with  the  oth er s   rem ai nin g  at   def ault   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5586  -   5595   5592   values .  O ur   prot otype  is  i m plem ented  with  the  Ja va  program m ing   la ngua ge  an d  it s  exec ution   ti m e  is  ob s er ved  to   be   le ss  t han  0.1  sec onds  for  al l  slot  assig nm e nts,  m aking  the   rese rv at i on  process   a   re al - li fe  app li cat io n.  T ha t i s,  an  a verag e p er f or m ance PC can   run  t he  p re - re ser vatio n process  for  t hous a nds  of  E Vs  a nd   te n  th ou s an ds   of   slots  within   an  acce ptable   tim e  bo un d.   The  request  e ntries,  nam el y,   (ch a r ger,  slot ,   bi d)   tup le s,  will   be   gen e rated  acc ordin g  to  the  l oad   a naly sis  re su lt   ob ta i ned   i n  the   pr e vious   sect ion .  In   a ddit ion ,   for  al l pa ram eter  sett ings,  20  set s ar e  ge ner a te d  an d  t he o btained res ults ar e ave rag e d.   The  first  e xp e rim ent  m easur es  the  e ff ect   of   t he  n um ber  of  EV s,  a nd   the  re su lt s  a r e  show n  i n   Figure  6.  First,   Fig ur e   6(a)   pl ots  the   num ber  of  acce pted  re qu e sts,  wh e n  t he  nu m ber   of  EVs  pa rtic ipati ng  in     the  m at ching   proces s  ra nges  f ro m   100  t o  1,0 00.  Her e ,  the   le ng t h  of  a  pr e f eren ce   li st  ranges  rand om l y  fr o m   1  to  5,  m aking   th e  aver a ge  c onve rg e  t o  3.0 .  As   can  be  see n  in   the  fig ure,  the   curve  of   t he  pro posed  SMP - base d  schem e  ou t perform s  the  ot he r  tw o.  Howe ve r,   t he  ga p  from   the   FCFS   sc hem e  is  not  s o  l arg e ,  at   m os t  6.5   %,   for  500  EVs .  This  e nh a nce m ent  is  achie ve d  as  t he  S MP - base d  sch e m e  giv es  pre ceden ce   to   E Vs  ha ving   sh ort er  pr e fere nce  le ngth.  At  the  tw o  r ang e  boun dar i es,  the  ga ps   are  bel ow   1.0  %.  E ve n  thou gh     the  i m pr ovem ent  is  qu it e  s m al l,  the  pr op os e d  schem e  works  bette r  f or   th e  w ho le   exp e rim ent  setting s.     The   perform ance  gap  f ro m   the  walk - in  sc he m e  reaches  27. 8  %  wh e n  the  nu m ber   of   E vs  is  600.   T he  num ber   of  avail a ble  sl ots  is  al s o  600,   so  f or  the   c urr ent  dem and   distribu ti on,   a bout   1:1  E V - c harg er  rati o  ca n  e nhance   the r ese r vation effici en cy .   Nex t,   Fig ure  6(b )  s hows  t he  gaine d  prof it   f or   3  schem es.  Her e ,  we   ass um e  that  there  a re  3  bi dd i ng   cl asses,  each   of  w hich   costs  6,  5,  an d  4  USD ,  res pecti vely ,  for  a  fu ll   slot  oc cup at io n.  T his  sel ect ion   c on siders   the  cu rr e nt  c ha rg i ng   pri ce  pol ic y  in  Jej u.   W e  assum e  that  the  pr ic e  is  in de pende nt  of  th e  am ou nt  of  c harge d  el ect rici ty ,  as  m os t  Evs  m a king  re ser vations  hi gh ly   li ke ly   to  wan t  t o  c harge  al m os t  to  t he  f ull  le vel.    The  pr opos e d  schem e  giv es  pr ece de nce  to  tho se  requests  biddin g  hi gh e r .  The  nu m ber   of   biddin g  le ve ls  can  get  la rg e r  an d  so   does  th e  pr ic e  gap   bet ween   biddin g  cl asses.  H ow e ver,  how  t o  s et   tho se  pa ra m et ers  is  ano t her  prob le m .  The  fi gure   sh ows   that   the   gai ned  prof it   increases   by  32. 3  %  a nd  9.5   %,   c om par ed   with     the  walk - in  a nd  FCFS  schem es,  res pecti vel y.  The  ear ne d  prof it   gets  higher  w hen   t he  nu m ber   of   E V s  gets  cl os er   to  t he  num ber   of  (c ha rg e r,  slot)   pai r s.  Actuall y,  in   the  real - li fe   r equ e st  m od el ,  chargin g  dem and  is  m or e  co ncen t r at ed  t o  a   sm al l  set   of  c hargers.   The   perf or m ance  e nha ncem ent  is  r el at ively   sm alle r  t han    the case  of r a ndom  ch ar ger se le ct ion s as i n [ 8].         (a)   Ma tc hed ch arg e rs     (b)   Gaine d pro fit     Figure  6 .  Effec t of the  num ber  of E Vs          Figure  7  plo ts  t he  ef fect  of   t he   num ber   of  cha rg e rs,   a nd  the   exp e rim ent  m a kes  it   ra nge  f rom   20   to  80 .   This  m eans  th at   the  num ber   of  slots   ra ng e s   f ro m   240  to  960.  Her e ,  E Vs   sel ect   a  (c harg er,  slot)   acco r di ng  to  the  c urren t  l oad  distrib ution.  If  the  nu m ber   o f   cha r ger s   is  20,  it   m eans  that  top  20  c ha rgers  i n    the  occ up a ncy   rate   are   i nclud e d  in   the   s erv ic e   gr oup.  Hen ce ,   w he n  the  num ber   of  c hargers  i ncrea ses ,     the  dem and   im balance  al s o  ge ts  higher .  As  sh ow n  in  Fig ure  7(a)  plo tt in g  the  num ber   of   m at ched   re qu e sts,     the  SM P - base d  schem e  outp erfor m s  the   ot her s   e xce pt  one  pa ram et er  se t.  T he  be nef it   gaine d  f ro m   gi vin g  pr ece de nce  to   a  shorter   pr efere nce  li st  dim inishes  in   this  sit uation.  The  pro pos ed  sc hem e  increases     the  num ber   of  m at ched   pairs   by   up  to   24. 6  %,   c om par e d  with  t he   wal k - in  sc hem e.  I n  add it io n,  the   ga ined   prof it   cu rv e   is   qu it e   sim il ar  to   the   case   of  Fi gure   6( b) .   T he   SMP - based  sc hem e  i m pr ove s  the   rev e nue   by   up   to   6.5  %  a nd  31. 8  %,   com par e d  with  the  FCFS  a nd   t he  wa lk - in  schem es.  The  perf or m ance  gap   te nds  to  g et   enlar ged acco r ding to  the i ncrea se in t he num ber  o f  c ha rg e rs  as m or e  opti on s  are  av ai la bl e in m at ching   slots.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Pric e eff ect  a naly sis a nd  pr e - reseravti on   sc he me on el ect ric  vehicl e c ha r gi ng n et w or ks (J unghoo n  Lee)   5593     (a)   Ma tc hed ch arg e rs     (b)   Gaine d pro fit     Figure  7 .  Effec t of the  num ber  of c hargers       Now,   t he  ex pe rim ent  m easure s  the  eff ect   of  the  aver a ge  le ng t h  of  the  pr e fer e nce  li st,  an d  the  res ults  are  s how n  i n  Figure  8.  T he  longer   a  prefe r ence  li st,  t he  m or e  op ti ons   t he  reservat io n  m echan ism   can  ha ve.  Figure   8(a)   s hows   t he  num ber   of  m at ched   charges   w he n  t he  a ve rag e   num ber   of  pr e fere nce  li st  le ng t h  ra ng e s   from   1. 5  to  5. 0.   T o  be gin   w it h,   the  num ber   of  m a tc hed   r equ e sts  is  almost  sam e  fo r  S MP  a nd  FC FS - base d  schem es,  and  there   is  no  s upe rior it y  bet wee n  them .  Even  th ough  the   SMP - base d  s chem e  m or e  m a tc hes  EVs   and   c ha rg e rs  i n  total ,  the   gap  is  le ss  than  2  %,  com par ed  with  the  FCF S   schem e.  The  FCFS  sc hem e  m at ches   m or e  in  3  out  of  7  par am et er  sel ect ion s .  It  t el ls  that  bo t h  hav e   the   sam e  cha nce   f or  th e  num ber   of  m at ched  pairs.  When   th e  pre fer e nce   li st  is  s uffici entl y  la rg e   a nd  t he   FCF S  sche m e  ca n  al s o  ta ke   adv a ntage   of  pl enty  sel ect able  op ti on s .  T he  rese r vationless  s ch e m e  is  no t  infl uen ce d  by  the   li st  le ng th,  as   it   ta kes  a  char ge r  or  wait s  unti l  the  charger  bec ome s  avail able.  T he  SMP - ba sed  schem e  ou tpe r form s  the  walk - in  sc hem e  by  up   t o  33.8  %.  Th e  p e rfor m ance g a p gets la r ger acc ordin g  t o  the  in crease in  the  num ber  of c harg er tuple s in  the  li st.   In   a ddit ion ,   Fi gure  8(b)   sho w s  the  gai ne d  pr of it   acco r ding  to  the  pr e fer e nc e  li st  le ng th.  Eve n  th ough  the  num ber   of  m at ched   cha r ge s  is  al m os t  sam e,  th is  res ult  rev eal s  t hat  ou r  sc hem e  i m pr ov e s  the  re venue  of  chargin g  ser vi ce  prov i der s   by   7.2   %,   c ompare d  with   t he   FCF S  schem e.  As   ex pecte d,  the   gap  gets  la rg er   accor ding  to  th e  increase  in  t he   li st  le ng th,  be nef it in g  f ro m   the  la rg e  op ti on  sp ace .  Be sid es,  ou r  sc hem e   ear ns   42.9  %  m or e  rev e nue  tha n  the  walk - in   sc hem e.  W hile  t he  FC FS  sche m e  can  al s o  be nef it   from   a  la rg e r   pr e fer e nce  li st   in  t he  nu m ber   of  m at ched   pairs,  the   SM P - ba sed   sc he m e  can  sel ect   highe r  bidder s  m or e  eff ic ie ntly .  Howev e r,  it   is  quit e  unreali st ic   f or  EV s  to   li st  m or e  than   5  ca nd i dates  f or  the  ne xt  da y  tour   sche du le .  It  is  desira ble  to  giv e  an   ad diti on a l  ben e fit,  su c h  as  higher   disc ount  rate,  to  E V s  ha ving  a  la r ge r  li st,  as  they   can  e nh a nce  t he  po ssibil it y  of   suc cessf ul  m a tc hin g.  Act ually ,  the  pr e - rese r vation  nee ds   t o  offe r     an  ea rly  b ir d ra te , ch ea per tha n  the  r e gula r re serv at io n o r w al k - in  ch a rg i ng .         (a)   Ma tc hed ch arg e rs     (b)   Gaine d pro fit     Figure  8 .  Effec t of the  pr e fere nce len gth         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5586  -   5595   5594   Finall y,  Fig ur e   9  s how s  the   e ff ect   of  the  pr i ce  sensiti vity .  If   it   is  0,   al l  E Vs,   ha ving  no  con ce r n  on    the  pri ce,  bid  f or  the  highest  l evel.  On  the   c on t rar y,  i f  it   is  1,   al l  E Vs   bi d  lowest.   I n  t hes e  two  e xtrem e  cases,  there  is  al m os t  no  possi bili ty  for  th e  pro po sed  sc hem e  to  i m pr ove  the  r evenue.   The   im pr ov em ent  can  be  ob ta ine d  only   by  the  inc rease d  num ber   of  m at ched   pairs .  F or   p   se ns it ivit y,  the  tw o  highe st  biddin g  le ve ls  are   sel ect ed  with  pro ba bili ty   of   (1 - p ).   Bot h  ha ve  the  sam e  chan ce  to  be  sel ect ed  with i n  this  r ang e .  I n  Fig ure   9( a ),  the  SMP - base d  and   FCFS  sc hem es  sh ow  the   alm os t  sa m e  nu m ber   of   m at c hed   pairs ,  outp erfor m ing   the  walk - in  sch em e  by  about  23  %  over  t he  whole   range .  Ne xt,  as  sho wn  in  F igure  9(b),  the   SMP - base d  s chem e   i m pr oves  the  r evenue  by  up  t o  4.7   %  c om par ed  with  t he  FCFS  sc hem e,   wh e n  t he  se nsi ti vity   is  0. 5.   T hat  is,  EVs  bi d  unif orm ly   ov er   t he  a vaila ble  biddin g  ra ng e .   I n  ad di ti on ,   at   bo t h  ti ps ,   the   SMP - ba sed   sc hem e  m at ches   m or e p ai rs, sh owin g  a  bette r r evenue  f or  t he whole  e xp e rim ent r a nge.                  (a)   Ma tc he d  c harger s                   ( b)   Gai ne d prof it     Figure  9 .  Effec t of the  pr ic e  s ensiti vity       5.   CONCL UDI NG RE MAR KS   In   this  pap e r,   we  ha ve  an al yz ed  the  pr ic e  e ff ect   to  the  c ha rg i ng   dem and  ta kin g  a dvant age  of  data  arch i ves  obta in ed  from   a  cha r ging  netw ork   c urren tl y  in   op e rati on.  T he   occ up a ncy  rates  f or  3  pr ic e  le ve ls  are  even ly   se par at ed  by  9  %,  s howing  t he  li near  pri ce  se ns it ivit y.  H our ly   trace  revea ls  the  necessi ty   of     an  ef fici ent  res erv at io n  m echan ism   fo r  hot  charger s  duri ng   peak   l oad   per i od.  The  SMP - base d  pre - reservat i on   schem e  giv es  pr ece de nce  to  tho se  E Vs  biddin g  hi gh e r,   ha ving  a  s horter  prefe ren ce  li st,  an d  ar rivi ng  fir st ,   seq uen ti al ly .  Accor ding  t o  the   pe rfor m ance  m easur e m ent  res ult  usi ng  the   prac ti cal   dem and   m od el ,    the  pro po s ed   pr e - rese r vation  m echan ism   i m pr ov es   the   r evenue   of  ser vice  pro vid e rs   by   up  to   9.5   %   a nd     42.9  % ,  c om par ed   with  t he   le gacy  FCF S  and  reserv at io n - le ss   walk - i n  sc hem es  for  t he  give n  perform ance  par am et er  set s.  E V  pen et rati on  is  no t   m atu re   ye t  an d  c ha rg i ng  in fr ast r uctu res  a re  sti ll   under   c on st r uction    in  m any  co un t ries.   I ntell igent   inf orm a ti on  te ch no l ogie s,   es pecial ly   soph ist ic at ed  al gorithm s  an d   arti fici al   intel lig ence   te ch niqu es,  m ake  it   possible  to  overc om e  the  curre nt  ins uffici enc y  and  inc onve nienc e   in E V dr ivi ng.   As  f uture  w ork,  we   will   re f ine  our   dem and   m od el   with   the  acc um ulatio n  of  c hargin g  operati on   arch i ves  a nd  i nvest igate   t he  e f fect  o f   ne w   fac il ity  instal la ti on   a nd  E V   de pl oym ent.  This  a naly sis  will   help  us  to  de sig n  dive rse  E V  a ppli cat ion s  s uc h  as  new  ch ar ger  sit e  sel ec ti on   [13],  V 2G  (V e hicle - to - G rid )  coor din at io n  [ 14 ] ,  a nd  the   li ke.   M or e over,   ren e wa ble  ene rg y,  su c h  as  w ind   a nd  s un li gh t,  has  been  dr awin g  m uch   at te ntion  in  t he  ta rg et   a rea.  O ur  re sear ch  te am   is  pla nn i ng  to   dev el op  a  ci ty wide  chargin g  co ord inati on  integrati ng  t he   ren e wa ble  ene rg y  gen e rati on.   Her e ,  a  var ie t y  of   dataset s  a re  colle ct ed   re gardin g  s olar  e nergy   gen e rati on a nd cl i m at e h ist ory  r eco rds [1 5].       ACKN OWLE DGE MENTS   This  r esearc h  was  s upporte d  by  the   20 19  sci entifi c  pro m ot ion   pro gr a m   fu nd e d  by  Jej u  N at ion al   Un i ver sit y , So uth   K or ea .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Pric e eff ect  a naly sis a nd  pr e - reseravti on   sc he me on el ect ric  vehicl e c ha r gi ng n et w or ks (J unghoo n  Lee)   5595   REFERE NCE S     [1]   S.  Ramchrun,  et  al . ,   “ Putti ng   th e  ‘Sm art s’  in to  the   Sm art  Grid:   A  Grand   Cha llenge   for  Art ifi c i al   In telli g enc e , ”   Comm unic ati on  of  th e  ACM ,   vo l. 55, pp. 89 - 97,   2 012.   [2]   X.  He ,   et  al . ,   “ A  big   da ta  ar chite ct ure   design   for   sm art   grids  b ase d  on   ran dom   m a tri x   the or y , ”   I EEE  Tr ansacti on s  on  Smar t  Gr id ,   v ol.   8 ,   pp .   674 - 68 4,   2017 .   [3]   J.  Mukherjee   an d   J.  A.  Gupta ,   “ A  rev ie w  of  charge  sche du li ng  o f  el e ct r ic   v ehi c l es  in  sm art   grid , ”  IEEE  Syst ems  Journal ,   vo l. 8,  pp.   1541 - 1553 ,   2014.   [4]   S.  Orcio ni ,   e t  a l . ,   “ El e ct ri c  veh ic l es  cha rg in g  r ese rva t ion  bas ed   on  OCP P,”   IE EE   Int ernati ona l  Confe ren ce   on   Env ironment   an d  Elec tri cal E ng ine ering ,   2018 .   [5]   Z.   C ao,  et  al . ,  “An  autonomo us  el e ct ric   ve h i cl e  bas ed  char ging  system:  M atc hing  and   ch arging  strategy, ”     IEE E   Pow er  &   Ene rg y   Soc ie t y   I nnovat iv e  Sm art Grid  T ec hno log ie s Confe r ence,   2018.   [6]   I.   B a y ram,   e t  al . ,  “ A   Surve y  on  Ene rgy   Tr ading  in   Smar t  Gr id ,”   IEEE  G loba l   Confer ence  on   Signa l  an d   Inform at ion  Pro ce ss ing ,     pp.   258 - 262 ,  2014 .   [7]   J.  Lee   and   G.   Park,   “ Te m pora l  data  str ea m   a naly s is  for  EV  cha rging   infr astruc ture  in  Je ju,”  ACM  Re searc h     in  App li ed   Computati on  S ymposi um ,   pp.   36 - 39 ,  2 017.   [8]   J.  L ee   and   G.   Park,   “C harger  reservat ion  s c heme   for  el e ct r ic  ve h icles  bas ed  on   stabl e   mar riage  proble m   adapta ti on , ”  Int ern ational Conference on  Inform at ion   Technol og y :   IoT   and   Sm art   Cit y ,   2018 .   [9]   J.  L ee   and   G.   Park,   “Price  ef f ec t   anal ysis  on   e le c tric  v ehicle  charging   ne tw orks  in   Jeju   cit y, ”   Inte rn at ion a l  Confer ence  on   C ontrol ,   Mec h at ro nic s a nd   Autom a ti on ,   pp.   175 - 17 9 ,  2018 .   [10]   C.   Brunsdon   and   L. Comber,   An   I ntroduct ion   to R for Spati al   Ana l ysis  &   Mapping ,   SA GE  Public a tion L td . ,   2015.   [11]   J.  Q .  Torr os,  et  al . ,   “ A  statistica l  anal y s is  of  EV   cha rging  b eha v i or  in  the   UK , ”  I EE E   P ES   Innov ati v e  Smar t   Gr i d   Technol ogi es  L ati n  Ame rica ,   pp .   445 - 449 ,  2015 .   [12]   A.  Ghos h   and   Y.  Aggrawal ,   “ Menu - base d  pr i ci ng  for   ch arg in g  of  el e ct ri c  v eh ic l es  with   vehicl e - to - grid   servi ce,”   IEE E   Tr ansacti o ns on  Ve h ic u lar  Technol ogy ,   vo l. 67,  pp.   10268 - 1 0280,   2018 .   [13]   N.  Shahra ki ,   e t  al . ,   “ Optimal  lo ca t io n  of  e lectr i c  public  ch arg in g  stat ions  using  rea l  world   vehic le   tr avel  patter ns , ”   Tr anspo rtati on  Re search Part D ,   vol .   41 ,   pp .   165 - 176,   2015 .   [14]   G.  Buj a,  e t  al . ,   “ Rea ct iv e  pow er   compensat ion  c apa bi li ties  of   V2 G - ena ble d   e lectr ic   v ehicle s , ”   IE EE   Tr ansacti ons  on   Powe r  Elec tr onic s ,   vo l. 32, p p.   9447 - 9459 ,   2 017.   [15]   B.   B anht hasi t,  e t   al . ,   “ Optimal  g ene ra ti on   sche du li ng  of   power   s ystem  for  m axi m um   ren ewa bl e   e ner g y   h arv esti ng   and  power   losse s  m ini m iz at ion , ”   Inte rnat ional   Jo urnal  of  E le c trical  and  Computer   Engi ne ering   ( IJ ECE ) ,   vol .   8 (4) ,  pp.   1954 - 1966 ,   2018.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.