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基于多节点充电模型的按需充电优化方法研究

基于多节点充电模型的按需充电优化方法研究

作者：水九生杭州电子科技大学

学位级别：硕士

最近,借助有前景的无线能量传输技术,在无线可充电传感器网络中,使用移动充电器为电池能量有限的传感器节点充电越来越受到研究界的关注。然而,大多数现有的研究都集中在周期性充电方案和单节点充电。由于周期性充电方案忽略了网络的动... 详细信息

最近,借助有前景的无线能量传输技术,在无线可充电传感器网络中,使用移动充电器为电池能量有限的传感器节点充电越来越受到研究界的关注。然而,大多数现有的研究都集中在周期性充电方案和单节点充电。由于周期性充电方案忽略了网络的动态变化因素,通常会导致大量节点无法正常工作和低充电性能,并且单节点充电的效率较低且可扩展性差。为了处理这些问题,提出了按需多节点充电技术。但由于未考虑充电的公平性以及未充分利用多节点充电的功能等问题,现有的按需多节点充电仍会受到性能限制。本文基于多节点充电模型,针对按需充电架构提出了两种移动充电调度优化方案。主要研究工作如下:(1)研究了基于多节点充电模型的按需优先级充电调度问题,优化目标是最大程度地减少死亡节点数量和移动充电器的能量消耗。本文根据传感器节点与基站之间的距离关系,对传感器节点的能耗率提出了一种线性模型。为了减少所选的停止点数量,由于问题是NP-hard,文中提出了一种基于形心的聚类启发式算法。在充电半径的约束下,算法通过迭代的方式将请求节点划分到不同的簇中,并选择簇中所有节点坐标的平均值作为停止点,以便平衡簇中各个节点的充电时间。在路径规划阶段,为了公平地对节点充电,同时考虑节点的剩余寿命和停止点与移动充电器之间的距离因素来计算簇的优先级,以指导移动充电器选择下一个停止点。最后,通过一系列的仿真验证了算法的有效性。(2)研究了基于多节点充电模型的按需顺带充电调度问题,以最大化充电能量效率为优化目标。本文首次考虑了移动充电器在为请求节点充电时,允许其为覆盖范围内的非请求节点同时充电。在每轮充电中,对请求节点只充电一次且充满电,对非请求节点允许多次部分充电,直到充满电为止。为了进一步减少分组个数,通过对已有的算法改进提出了一种更有效的启发式算法,并证明了停止点选择的正确性。本文首次分析了低效率分组对充电性能的影响,并提出了拆分低效率分组的有效策略,以局部优化行驶路径。通过降低能量消耗和为更多的非请求节点充电可以提高充电性能。最后,仿真实验在离线和按需场景中分别评估了所提算法和方案的性能。

关键词：无线可充电传感器网络移动充电器充电调度多节点充电模型按需充电

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一种基于多节点充电模型的按需顺带充电方案

电子学报 2021年第2期49卷 346-353页

作者：水九生徐向华杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018

在无线可充电传感器网络中,针对提高充电能量效率问题,提出了一种按需多节点顺带充电调度方案.考虑移动充电器在为请求节点充电时,允许其为覆盖范围内的非请求节点同时充电.为了进一步减少分组个数,通过对已有的算法改进提出了一种更有... 详细信息

在无线可充电传感器网络中,针对提高充电能量效率问题,提出了一种按需多节点顺带充电调度方案.考虑移动充电器在为请求节点充电时,允许其为覆盖范围内的非请求节点同时充电.为了进一步减少分组个数,通过对已有的算法改进提出了一种更有效的启发式算法,并证明了停止点选择的正确性.分析了低效率分组对充电性能的影响,并提出了拆分低效率分组的有效策略,以局部优化行驶路径.仿真结果表明,在离线和按需场景中,所提算法和方案可以减少能耗和提高充电能效.

关键词：无线可充电传感器网络移动充电器多节点充电模型按需充电

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一种按需多节点优先级充电调度算法

电子科技 2021年第8期34卷 43-49页

作者：水九生王然杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018

无线可充电传感器网络中,大部分现有的移动充电调度方案集中在周期性充电方案和单节点充电模型。但周期性充电忽略了网络的动态变化因素,通常导致充电性能较低。单节点充电模型的充电效率低,可扩展性差。针对这一问题,文中基于多节点充... 详细信息

无线可充电传感器网络中,大部分现有的移动充电调度方案集中在周期性充电方案和单节点充电模型。但周期性充电忽略了网络的动态变化因素,通常导致充电性能较低。单节点充电模型的充电效率低,可扩展性差。针对这一问题,文中基于多节点充电模型,提出了一种按需多节点优先级调度算法,旨在减少死亡节点个数以及能量消耗。同时,文中对传感器的能量消耗模型提出了一种新的与基站距离有关的线性模型。在节点分组时,为了减少停止点的数量并平衡节点的充电时间,开发了一种基于形心的聚类算法。在路径规划时,综合考虑了节点的剩余寿命以及停止点与移动充电器之间的距离因素。最后,通过实验证明了所提算法可以有效地减少节点死亡和能量消耗。

关键词：无线可充电传感器网络充电调度多节点充电模型按需充电优先级移动充电器停止点路径规划

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基于动态引力场的高能效无线充电调度策略

现代电力 2023年第6期40卷 923-930页

作者：吴润泽王浩楠郭昊博许晨高娟华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 北京邮电大学人工智能学院北京市海淀区100876

针对能量传输效率对充电距离的敏感性导致节点充电效率低的问题,构建一种基于动态引力场的高能效无线充电调度策略。首先,考虑传感节点自身的能量状态,预测充电设备到达时的节点剩余能量,为评估出现死亡的节点建立价值节点集合;其次通... 详细信息

针对能量传输效率对充电距离的敏感性导致节点充电效率低的问题,构建一种基于动态引力场的高能效无线充电调度策略。首先,考虑传感节点自身的能量状态,预测充电设备到达时的节点剩余能量,为评估出现死亡的节点建立价值节点集合;其次通过引入动态引力场理论,提出了一种基于动态引力场融合的多节点充电算法,考虑价值节点的剩余能量、消耗功率以及距基站的距离来定义节点的引力范围,根据引力场融合原则来选择更优的充电位置。最后对文中充电算法进行了仿真,并与多节点充电算法(multi-node rechargeable algorithm,MRA)和网格节点聚类(grid node clustering,GNC)算法进行了对比,验证了该充电算法能有效提高传感网络的能量效用,在保证合理充电时延的同时避免节点能量的过度损耗,显著增强网络的可持续性。

关键词：无线传感网络无线能量传输动态引力范围价值节点选择按需充电

基于改进麻雀搜索算法的电动汽车充放电策略研究

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基于改进麻雀搜索算法的电动汽车充放电策略研究

作者：洪传博福建工程学院

学位级别：硕士

电动汽车作为我国的重要战略性新兴产业,其规模呈现加速增长的趋势。然而随着大规模电动汽车接入电网,无序充电行为将对电网运行稳定性造成一系列的影响,如降低电能质量、负荷超过限制容量等。因此,本文对电动汽车有序充电行为进行研究... 详细信息

电动汽车作为我国的重要战略性新兴产业,其规模呈现加速增长的趋势。然而随着大规模电动汽车接入电网,无序充电行为将对电网运行稳定性造成一系列的影响,如降低电能质量、负荷超过限制容量等。因此,本文对电动汽车有序充电行为进行研究,考虑了用户的用电需求、出行特性以及电动汽车的充电方式和充放电时间段等因素,使用蒙特卡洛法建立电动汽车无序充电负荷模型、分时电价充电负荷模型以及双模式配合的有序充放电模型。为了求得模型中的最优参数,本文对麻雀搜索算法进行改进,提出自适应性协同麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm with Adaptive Collaborative Updating,SSA-ACU)。主要内容为以下几个方面:(1)本文建立电动汽车的充电负荷模型并利用极大似然估计拟合电动汽车的出行规律,使用蒙特卡洛法模拟电动汽车的出行行为和充电负荷。通过仿真分析电动汽车无序充电及分时电价策略下的充电负荷,结果表明分时电价策略能够有效改善电动汽车无序充电行为的不足,但分时电价策略存在波峰转移的问题,且该策略无法保证出行的成功率。针对上述问题,本文提出了基于SSA-ACU算法的双模式配合充放电策略。(2)基于SSA-ACU算法的双模式配合充放电策略分为两种模式,模式一为基于用户出行行为的按需充电模式,通过获取出行计划中目的地转移作为荷电状态(State of Charge,SOC)的空间变量,以目的地转移概率获取下段出行的里程数来计算出行所需的SOC。模式二采用V2G方式,将电动汽车作为分布式能源,实现电动汽车与电网双向传输,通过对充放电时间段的优化,在成功出行的前提下最大限度地减轻充电费用,使得充电负荷曲线趋于平缓。(3)为了计算充放电的最佳起始时间段,对传统的麻雀算法进行改进,提出了SSA-ACU算法。SSA-ACU算法通过混沌搜索策略初始化种群,使种群分布更为均匀,然后引入自适应参数对引领者的位置进行更新,为粒子的搜索提供更加可靠的方向,最后通过拟仿射变换机制对伴随者的位置进行更新,增强种群的开发能力。之后使用国际标准测试套件将SSA-ACU算法与其他麻雀搜索算法变体及经典算法进行测试对比,验证了SSA-ACU算法在收敛速度和寻优能力等方面都有较好的性能。针对供需两侧的效益,以负荷谷峰比、费用节约率、便利性这三个指标分析所提出的充电策略性能,并将多目标问题转化为单目标多效益模型。通过实验证明了基于SSA-ACU算法的双模式配合充放电策略拥有最高的综合评价指标,有效解决了大规模电动汽车接入电网后引起的“峰上加峰”和“波峰转移”问题,在满足成功出行目的的同时减少了用户充电费用。

关键词：电动汽车充放电麻雀搜索算法按需充电 V2G 双模式配合

智能混合停车场计费策略及充电桩利用效率优化研究

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智能混合停车场计费策略及充电桩利用效率优化研究

作者：熊刚南昌大学

学位级别：硕士

在实际生活中,充电桩的规划建设和新能源汽车的使用存在空间上、结构上的不匹配,导致混合停车场中停车难、充电难问题日益凸显。高峰时段,充电车位超时占用,车位周转率不高,而常规时段,车位使用率较低等均限制着混合停车场经营效率。本... 详细信息

在实际生活中,充电桩的规划建设和新能源汽车的使用存在空间上、结构上的不匹配,导致混合停车场中停车难、充电难问题日益凸显。高峰时段,充电车位超时占用,车位周转率不高,而常规时段,车位使用率较低等均限制着混合停车场经营效率。本文前期通过对用户停车挪车意愿进行分析,提出了一种基于多因子评价的计费策略驱动充电桩利用效率优化的研究方法。首先,对混合停车场充电车位参数及特性进行分析,从定性的角度确定了影响充电桩利用效率的指标因素;其次,通过对混合停车场大量历史数据的挖掘分析,确定了各指标参数的边界值及充电桩利用效率优化的必要条件;然后,设计了基于车位利用率、充电桩利用率调节的浮动计费规则及计费策略,囊括交流充电桩参与有序充电计费策略,直流充电桩峰谷电价、按充电功率计费等计费策略等;最后,构建智能混合停车场充电桩效率多因子评价模型,用层次分析法确定充电桩利用效率指标的权重,该评价模型能综合比较计费策略的优劣,又能横向比较计费策略对指标参数的影响,从而为计费策略的调整优化提供参考。结果表明,基于车位使用率、充电桩利用率的浮动计费策略,能有效提升充电车位利用效率,在一定程度上提升了停车经济效益和社会效益。

关键词：停车难按需充电浮动计费策略多因子评价

限行政策下的生鲜农产品绿色车辆路径优化研究

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限行政策下的生鲜农产品绿色车辆路径优化研究

作者：李梦涵河南农业大学

学位级别：硕士

随着全球经济的快速发展,碳排放显著增加,其中交通运输行业是主要的碳排放源。城市机动车保有量持续增长,城市道路拥堵问题严重,各地政府纷纷出台货车限行政策。但是,随着居民生活水平的提升,人们对生鲜农产品的品质要求越来越高,货车... 详细信息

随着全球经济的快速发展,碳排放显著增加,其中交通运输行业是主要的碳排放源。城市机动车保有量持续增长,城市道路拥堵问题严重,各地政府纷纷出台货车限行政策。但是,随着居民生活水平的提升,人们对生鲜农产品的品质要求越来越高,货车限行政策降低了城市配送效率,增加了生鲜农产品的货损。绿色车辆路径优化在保证生鲜农产品高品质运输的同时,可以高效完成生鲜农产品的配送任务、减少碳排放、降低配送成本、提高物流效率。鉴于上述原因,本文对限行政策下的生鲜农产品绿色车辆路径优化问题进行研究。首先,依据城市货车限行政策,构建了基于混合车队和纯电动物流车车队两类车辆配送方案;其次,在传统燃油车与纯电动物流车混合配送方案中,综合考虑经济效益与环境效益,建立了以碳排放成本、运输成本、固定成本和软时间窗惩罚成本最小化为目标的生鲜农产品配送成本模型;然后,在纯电动物流车配送方案中,考虑多种电动物流车同时参与配送并采取按需充电的情况,建立了以充电成本、司机工资、固定成本和软时间窗惩罚成本最小化为目标的电动物流车配送成本模型;随后本文提出一种改进的蚁群算法(IACO),对模型求解并对相关参数进行灵敏性分析。最后,根据实例从限行区域面积、限行时间和充电策略三个方面对两个模型展开讨论与研究。研究结果表明:(1)随着限行面积的增加,配送成本先升高再降低,参与配送的中小型车辆占比增加;(2)限行时间较短时纯电动物流车队的配送成本优于混合车队配送成本,但是随着限行时间的增加配送成本逐渐升高;(3)纯电动物流车队配送成本随充电比例的升高呈现先下降后上升趋势,整体上高于按需充电模式下的配送成本。通过对研究结果的分析,建议政府划定合理的限行区域面积、限行时间,物流企业安排电动物流车队采取按需充电模式,可以有效降低配送成本。这项研究以车辆配送路径为研究对象,以配送成本最小为目标,对城市分区域、分时段、分车型的货车限行政策场景下的车辆路径优化问题开展分析。研究结果可以为政府完善限行政策提供理论指导,也能够帮助物流企业降低配送成本,提高物流效率,合理安排车辆充电计划,促进物流行业的绿色发展。

关键词：货车限行按需充电混合车队改进蚁群算法车辆路径优化

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基于时间窗口的多充电车调度研究

基于时间窗口的多充电车调度研究

作者：何琴四川师范大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)已被广泛应用于各个领域。然而,无线传感器网络中的传感器节点由小型电池供电,导致其只能在有限的时间内运行,这将严重阻碍传感器网络的发展。随着无线充电... 详细信息

随着无线通信技术的不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)已被广泛应用于各个领域。然而,无线传感器网络中的传感器节点由小型电池供电,导致其只能在有限的时间内运行,这将严重阻碍传感器网络的发展。随着无线充电技术的成熟,通过在网络中部署搭载无线能量传输装置的移动充电车,以构造一个无线可充电传感器网络的方式已成为一种有效延长网络寿命的解决方案。传统的移动充电车调度研究面向较小规模的网络场景,即只使用单辆充电车为网络中的传感器节点无线充电。然而,随着网络范围的逐渐扩大,单辆移动充电车难以满足大规模网络场景的充电需求。因此,本文面向大规模网络场景,研究多辆移动充电车的按需充电调度问题。在大规模无线可充电传感器网络中,不仅需要调度多辆移动充电车为网络中大量存在充电需求的传感器节点补充能量,而且各个传感器节点的充电需求差异较大且动态变化,这些都为设计一个高效的多充电车调度方案带来了诸多挑战。本文对大规模网络场景下多充电车按需充电调度问题进行深入的研究和分析,主要贡献包括以下三点:首先,本文引入了时间窗口的概念对传感器节点的实际充电需求进行合理建模。当节点剩余寿命低于某一设定阈值时,它的充电时间窗口将被打开,而在其能量耗尽时,时间窗口关闭。此外,为保证网络持续有效的运行,移动充电车需要在传感器节点的时间窗口打开的情况下为其补充能量。因此,时间窗口能根据传感器节点当前的实际能量消耗速率而动态变化,这样就能够更好地表征各个传感器节点实际的能耗情况,以确保设计的充电调度方案能合理地安排充电顺序并避免传感器节点的死亡。其次,本文提出了一个基于混合种群增量学习的多充电车按需调度方案以求解多辆移动充电车按需调度问题。在网络初始时,该方案按移动充电车数量建立描述路径分布的三维概率矩阵,随后,通过同时考虑传感器节点时间优先级、空间优先级、时间窗口,以及概率矩阵,设计了一个概率时空选择函数,它作为移动充电车每次在网络中选择传感器节点加入到充电路径中的判断依据。此外,考虑到概率时空选择函数本质是一种贪心策略,每次选择值最大的传感器节点加入到路径中,本文在选择策略中增加随机算子以避免该函数生成的路径陷入局部最优的情况,并定义混合概率时空选择函数。最后在种群增量学习算法中采用混合概率时空选择函数生成多辆移动充电车的最优充电路径。最后,本文进行了大量的对比实验,与现有的充电调度方案相比,基于混合种群增量学习的多充电车按需调度方案具有更好的表现。就平均而言,本文所提方案比m TS、NJNP、Random充电调度方案有着17.8%,48.7%和56%的性能优势,这意味着本文所提方案能够更好地利用移动充电车的能量资源,更多地为网络中的传感器节点无线补充能量。

关键词：无线可充电传感器网络时间窗口概率矩阵移动充电车种群增量学习按需充电

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基于中继多跳模型的传感网络充电方法研究

电子科技 2021年第8期34卷 31-36页

作者：叶恒超程宗毛杭州电子科技大学计算机学院浙江杭州310018 杭州电子科技大学理学院浙江杭州310018

在保证无线可充电网络能够持久运行的情况下,文中基于中继多跳充电模型,研究了最大化传感网络中充电小车的能量利用率问题。针对该问题,提出了中继节点选择算法和路径规划算法。中继节点选择算法用于从传感器节点中选择中继节点,并作为... 详细信息

在保证无线可充电网络能够持久运行的情况下,文中基于中继多跳充电模型,研究了最大化传感网络中充电小车的能量利用率问题。针对该问题,提出了中继节点选择算法和路径规划算法。中继节点选择算法用于从传感器节点中选择中继节点,并作为充电小车的停靠点,将节点在中继范围内的覆盖数量作为选择依据。路径规划算法基于哈密顿回路再优化为充电小车规划移动路径。得益于中继多跳充电模型和上述算法,充电小车能够减少移动能量损耗,提高能量利用率。通过仿真实验对比了NJNP、TADP这两种策略以及不同规模网络下的效果。结果表明,所提出的方案在能量利用率方面提高了约15%~25%,并且在大规模传感器网络下有良好的效果。

关键词：无线可充电传感网无线充电小车中继充电充电调度规划多跳充电按需充电路径规划能量利用率