[發明專利]一種面向移動設備的充電調度方法及裝置

有效

• 申請號: 202110611043.3
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113054725B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 吳韜;黃郡;馬濤;單洪;劉俊;吳一塵;劉春生
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/00;H02J50/20;H02J50/40;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德

1.一種面向移動設備的充電調度方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟S101：構建網絡模型及充電模型，根據所述網絡模型及充電模型，構建所有可充電設備的充電效用最大化的問題模型；

步驟S102：對可充電設備的充電功率進行分段常數近似處理，對所述可充電設備的移動路徑進行離散化處理，對充電效用進行近似處理；對所述所有可充電設備的充電效用最大化的問題模型進行重構和初步求解；

步驟S103：對所述所有可充電設備的充電效用最大化的問題模型的變種問題進行求解；

所述步驟S101：構建網絡模型，包括：

M個充電器部署在二維區域中，用C＝{c₁,c₂,…，c_i，…，c_M}表示充電器的集合；用S＝{s₁,s₂,…，s_j,…，s_N}表示網絡中的N個可充電設備；

用L＝{L_j}表示預測得到的可充電設備的路線集合，路線L_j對應于可充電設備s_j的移動路徑，1≤j≤N，1≤i≤M；

對任意可充電設備s_j，用(x[s_j],y[s_j])表示它的坐標位置，充電器c_i的位置用(x[c_i],y[c_i])表示，所述充電器c_i和可充電設備s_j之間的歐幾里得距離為

則所述網絡模型表示為：Net＝(C,S,L),其中C為充電器集合，S為可充電設備集合，L為路線集合；

所述步驟S101中，構造所述充電模型，包括：

假設每個充電器可以靈活地調節它的發射功率，充電器c_i的發射功率用p_i表示，且可以在0到T+1的不同檔位上調節；定義p_i＝p(h_i)＝p_min·h_i，其中是充電器c_i的發射功率檔位，p_min是充電器能夠調節的最小發射功率；用表示發射功率的檔位集合，h_i＝0表示充電器是關閉狀態，表示充電器是工作狀態；

使用如下的經驗充電模型：

α和β是與充電器硬件電路設備以及外部環境相關的常量參數；將能夠用于存儲的充電最低接收功率用P_th表示，并且有

其中D(h_i)是在功率檔位為h_i時，充電有效的最大間隔距離；

即充電器c_i的功率檔位決定了最大的充電半徑，因而可充電的范圍是以充電器c_i為圓心，以D(h_i)為半徑的圓盤；

可充電設備在其移動軌跡上的速度表示為常數，以v_j表示可充電設備s_j在路線L_j上的移動速度，則|L_j|/v_j表示移動的時間,因此s_j從c_i上收集到的總能量E_r(c_i,s_j)表示為

其中，t為時間，dt為時間微分，l為距離，dl為距離微分，考慮可充電設備可能位于多個充電器的充電范圍，即已經充電的充電器集合同時給可充電設備s_j充電，則s_j的充電接收功率為

累積的接收能量為

所述步驟S101中，所述根據所述網絡模型及充電模型，構建所有可充電設備的充電效用最大化的問題模型，包括：

每個可充電設備因為電池容量的大小都會有接收能量上限，用E_j表示s_j的接收能量上限；充電效用為

U(C′，s_j)＝min{E_r(C′，s_j)，E_j} (2)

給定已經工作的充電器集合以及它們的充電調度策略H，進而定義所有可充電設備的充電效用

充電器的工作供能狀態帶來一定的成本，需要在給定充電服務預算的前提下，即總預算成本為B，通過調度充電器的工作狀態，最大化可充電設備的充電效用；所有可充電設備的充電效用最大化的問題模型為：

P1：max U(C′，H)

所述步驟S102中，對可充電設備的充電功率進行分段常數近似處理，包括：

充電器處于關閉狀態或者在固定的功率檔位工作狀態下切換，用P_r(d)表示可充電設備與充電器距離為d時的接收功率；

基于公式(1)，使用來近似處理P_r(d)；

具有以下定義：

定義1：設置l(0)＝0，l(K)＝D，則分段常數接收功率函數表示為

其中，P_r(l(1))表示距離為l(1)時的充電功率；P_r(l(k))表示距離為l(k)為時的充電功率，D為最大充電距離；

以正數參數ε來表示功率近似處理誤差大小，有如下的引理：

引理1.設置

l(0)＝0，l(K)＝D，

得到近似處理誤差其中d≤D；

所述步驟S102中，將可充電設備的移動路線離散化處理，包括：

可充電設備s_j沿著路線L_j移動并且位于充電器c_i的充電范圍內，路線L_j根據接收功率大小被分成多個線段；以c_i為圓心，以l(0)，l(2)，...，l(K_i)，為半徑，構造同心圓；l₀ⁱ是在路線L_j上與圓心c_i距離最近的點；分析圓內一半的路線

表示路線L_j與同心圓的g個交點，得到關系：

其中為點，為另一點，為兩點之間的線段距離，Δl_k為被同心圓切分路線的第k個線段，為同心圓圓心與端點之間的距離

從而分割的路線表示為

進而，任意分段路線上的累積充電效用表示為

由于對稱性，得到2×G_i個線段；因此，接收的全部充電效用表示為累積求和：

所述對充電效用進行近似處理，包括：

對于單充電器情形，若可充電設備s_j被單充電器c_i充電，對于任意線段來說，可充電傳感能夠接收到的充電功率為其中，為可充電設備s_j從充電器c_i上接收的近似充電功率，l_kⁱ為線段的一個端點，為在點l_kⁱ處接收到充電器c_i的充電功率；使用代替P_r(c_i，s_j)，并且可以得到近似處理后的充電效用

具有以下定理，定理1：

若用表示可充電設備s_j從充電器c_i接收到的近似處理后的充電效用，由于可充電設備s_j的路線被分割成2×G_i的線段，因此有

近似處理后的誤差為

其中，ε為大于0的參數。