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研究作者与机构

本研究由陶梦林、王致杰、付晓琳（均来自上海电机学院电气学院）和王鸿（来自同济大学经济与管理学院）共同完成。研究论文发表于《电力科学与技术学报》（Journal of Electric Power Science and Technology）2022年7月第37卷第4期。

学术背景

随着电动汽车的快速发展，充电桩数量不足以及各充电桩运营商平台相互独立的问题日益凸显。为了解决这些问题，本研究提出了一种基于区块链的电动汽车充电桩共享平台策略。区块链技术具有去中心化、防篡改、可信任的特点，能够有效提高平台的安全性和用户效用。本研究的目标是通过区块链技术搭建一个共享平台，优化充电桩的利用效率，降低用户的充电成本，并解决晚间电动汽车集体充电的问题。

研究流程

本研究分为以下几个主要步骤：

1. 平台可行性分析
   首先，研究分析了采用区块链技术搭建充电桩共享平台的可行性。区块链的去中心化特性能够避免第三方机构的管理成本，同时确保数据的安全性和不可篡改性。研究还设计了交易平台的工作流程和用户效用函数。

2. 平台模型构建
   基于区块链技术，研究构建了一个三层架构的充电桩共享平台模型。该模型包括主节点（充电桩运营商、私人充电桩、电动汽车聚合商）和轻节点（电动汽车用户）。主节点负责记录完整的交易信息，轻节点仅记录与自身相关的交易数据。平台还引入了智能合约，用于自动执行交易结算。

3. 三层寻找充电桩策略
   研究提出了一种三层寻找充电桩策略，采用粒子群优化算法（PSO）为用户寻找最优充电桩。具体步骤如下：

   • 第一层：最大范围
     根据电动汽车的剩余电量和耗电量，计算其能够到达的最远范围，筛选出该范围内的充电桩。
   • 第二层：理想预约时间
     用户根据自身需求选择理想充电时间，平台筛选出满足该时间段的充电桩。
   • 第三层：用户需求偏向
     以用户充电总成本最小为目标函数，采用粒子群算法优化充电桩选择。总成本包括时间成本和费用成本（充电费用、停车费用、里程费用）。

4. 仿真验证
   研究利用MATLAB平台进行仿真，验证了区块链平台的安全性和用户效用函数，以及三层寻找充电桩策略的有效性。仿真结果表明，区块链技术能够提高平台的安全性和用户效用，三层策略能够根据用户需求匹配最优充电桩，降低充电成本，提高充电桩利用率，并减少晚间电动汽车集体充电的数量。

主要结果

1. 平台安全性验证
   通过区块链的工作量证明机制（PoW），研究验证了平台的安全性。恶意节点需要控制超过50%的全网算力才能篡改数据，而这种情况在实际中几乎不可能发生。仿真结果显示，当区块链上存在5个区块时，数据将无法被篡改。

2. 用户效用函数验证
   研究通过仿真验证了区块链应用程度与用户效用函数的关系。随着区块链应用程度的增加，用户的效用函数值显著提高，表明区块链技术能够有效提升用户对充电桩的偏好。

3. 三层寻找充电桩策略验证
   仿真结果表明，三层策略能够根据用户的不同需求匹配最优充电桩。例如，在高峰时段，平台优先为用户选择距离较近的充电桩；在其他时段，平台优先为用户选择费用较低的充电桩。此外，私人充电桩的共享显著提高了充电桩的利用率，减少了公共充电桩的压力。

结论

本研究提出的基于区块链的电动汽车充电桩共享平台策略具有重要的科学价值和应用价值。通过区块链技术，平台能够提高数据安全性和用户效用，同时优化充电桩的利用效率。三层寻找充电桩策略能够根据用户需求匹配最优充电桩，降低充电成本，减少晚间集体充电的数量。该研究为电动汽车充电桩的共享和优化提供了新的解决方案，具有广泛的应用前景。

研究亮点

1. 区块链技术的创新应用
   本研究首次将区块链技术应用于电动汽车充电桩共享平台，解决了传统平台数据管理成本高、安全性差的问题。

2. 三层寻找充电桩策略
   提出的三层策略结合了粒子群优化算法，能够根据用户需求动态匹配最优充电桩，显著提高了充电桩的利用效率。

3. 仿真验证的全面性
   通过MATLAB平台的仿真，研究全面验证了区块链平台的安全性和用户效用，以及三层策略的有效性，为实际应用提供了可靠的理论支持。

其他有价值的内容

研究还探讨了私人充电桩的共享模式，提出了将私人充电桩纳入共享平台的方案。这一方案不仅能够缓解电动汽车充电难的问题，还能为私人充电桩主带来额外收入，具有较高的社会效益和经济价值。