能量管理策略
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能量管理策略范文第1篇
中圖分類號：U469.7文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2015.02.06
Abstract：For parallel hybrid electric buses， the work area of the hybrid system was divided into parts to achieve optimal efficiency for the typical city bus cycle， and the energy management control strategy was developed. The coordinated torque control strategy formode-switch was studied as well. By adjusting the critical load curve under different working modes， the optimal critical load curve was obtained through simulation analysis for the typical city bus cycle， and it was applied in the prototype test. The actual fuel consumption is 28.9 L/100 km. The fuel saving rate reaches 31.2% when compared with traditional vehicles and so the impact on fuel saving is obvious.
Key words：parralel hybrid bus； energy management； simulation analysis； mode switch
能源危機與城市環境污染的日益加劇對城市公交客車的能耗與排放要求越來越嚴格，傳統的公交客車已經無法滿足現在的能耗與排放標準，然而純電動公交客車雖然能夠實現零排放，但其電池成本過高，續駛里程不足始終是現階段難以解決的問題。并聯式混合動力客車結構簡單，在成本增加有限的前提下，能夠很好地降低能耗與排放。并聯式混合動力客車通過自動離合器機構將發動機和電動機兩動力源集成在一起，兩動力源同軸，并聯式混合動力客車具有多種工作模式，能夠實現不同工作模式之間的靈活切換[1]。
當前，混合動力汽車的能量管理策略和協調控制算法已成為研究的重要方向，合理的能量管理策略對降低能量消耗具有重要意義，模式切換與換擋時的轉矩協調控制能夠較大程度地改善駕駛舒適性。能量管理策略側重于通過ISG電機來調節發動機的工作點，使發動機始終工作在高效區域，進而達到節約能源與減少排放的目的。童毅等人針對并聯式混合動力汽車離合器接合、變速器換擋過程中的汽車轉矩管理策略和協調控制算法進行了研究[2]。古艷春等人采用了基于邏輯門限值的能量管理策略，并對混合動力汽車起步和換擋過程的轉矩協調控制策略進行了仿真研究[3]。戴一凡等人采用了基于優化發動機效率曲線的能量管理策略，但只對純電動行進中啟動發動機過程的協調控制進行了研究[4]。以上研究采用了簡單的邏輯門限值控制策略，側重于發動機局部最優，并且只對部分工作模式切換的協調控制進行了研究。
本文以國家863計劃科技攻關項目中度混合動力客車為研究對象，為了達到最優的燃油經濟性目標，以動力系統效率最優兼顧荷電狀態（State of Charge，SOC）平衡為實現方法[5]，對基于自動變速器（Automated Mechanical Transmission，AMT）的并聯式混合動力系統工作模式區域進行劃分，并制定出相應的能量分配控制策略，計算出在中國典型城市公交工況下任意車速的需求功率，并將需求功率合理地分配給發動機與電機。同時，本文對中國典型城市公交工況下工作模式之間切換的轉矩協調控制算法進行了研究。以上研究可以實現工作模式切換過程動力傳遞的平穩性控制和循環工況油耗最優控制[6]。
1 并聯式混合動力系統結構
本文研究的并聯式混合動力客車的動力系統如圖1所示。系統中發動機輸出軸與自動離合器、ISG電機、AMT相連，ISG電機集成在自動離合器與變速器中間，ISG電機既可作為發電機又可作為電動機，驅動力矩通過AMT輸出，經車橋主減速器傳遞至車輪。
通過控制發動機、電機、離合器、變速器的工作狀態，該混合動力系統可實現多種工作模式，見表1。由表1可知，該混合動力系統可實現純電驅動、發動機單獨驅動、行車充電、停車充電、聯合驅動以及制動回饋工作模式。
2 模式切換轉矩協調控制
并聯式混合動力客車由靜止啟動，首先進入純電驅動模式，當車速信號與加速踏板信號大于設定閥值時，車輛由純電驅動模式進入并聯驅動模式。如果沒有轉矩協調控制，車輛由純電驅動模式切換進入并聯驅動模式時，離合器結合與變速器換擋會存在很大的沖擊，駕駛舒適性很差。通過在模式切換過程中合理地控制ISG電機的轉矩變化能夠很大程度降低離合器結合與變速器換擋的沖擊，進而改善駕駛舒適性。如圖2所示，給出了工作模式切換的整個控制過程。
3 整車能量管理控制策略
整車能量管理控制策略是以燃油經濟性為主要目標，結合動力電池的SOC狀態、車速信息、負荷信息等因素進行能量分配與工作模式切換的一種控制策略。其原則主要是通過純電驅動、行車充電、混合驅動等工作模式調節發動機的工作點，使發動機大部分時間工作在高效區域，通過讓電機參與制動將制動過程中的一部分能量回饋給動力電池，從而達到節油的目標。圖3給出了詳細的控制策略示意圖。
如圖3所示，黑色曲線為車速曲線，藍色曲線為SOC狀態曲線。此控制策略中的時間軸并非真正試驗時的時間軸，此時間軸沒有實際意義，只是用于說明不同工作模式之間的切換情況。整車能量管理策略具體描述如下：當車速≤u且n≤SOC
將整車能量管理策略進行轉矩解析，如圖4所示，表示了在不同轉速下的需求轉矩與不同工作模式之間的關系。當0≤Treq
表2列出了不同工作模式下，電機與發動機的轉矩分配情況。
4 搭建仿真模型
以中國典型城市公交工況為混合動力客車的試驗工況，利用整車性能仿真分析專業軟件AVL Cruise進行性能仿真分析。通過AVL Cruise軟件搭建整車動力系統模型，并輸入整車與各部件的技術參數，通過Matlab/Simulink搭建整車能量管理策略模型，并將整車控制策略模型通過Interface接口與AVL Cruise整車動力系統模型交互實現聯合仿真。并聯式混合動力客車整車動力系統模型如圖5所示。
表3中列出了并聯式混合動力客車整車的基本參數。
圖6為整車控制策略中并聯模式下的能量管理模型，此模型規定了并聯模式下行車充電、純發動機及混合驅動模式的能量分配情況。
5 仿真結果與試驗結果對比分析
根據系統效率最優原則，為了獲得最低的油耗值，在標定文件中分別對Tm1、Te1、Te2 三條臨界負荷曲線乘以一個系數，得出aTm1、bTe1、cTe2。基于純電驅動電機效率、發動機燃油消耗特性以及SOC平衡的原則，通過調整a、b、c三個參數進而得到不同的純電驅動、行車充電及混合驅動臨界負荷曲線，分別進行仿真分析。表4中列出了三組不同參數下的仿真油耗值，對比之后在參數三（0.8、0.9、1.1）下的油耗值最低為28.8 L/100 km，進而獲得了最優的臨界負荷曲線。
通過仿真分析，可以得到在整個循環工況下不同節油方式對節油率的貢獻情況，見表5。基準傳統車型工況油耗為42 L/100 km，通過減小發動機規格（由傳統車6.7 L發動機減小到3.8 L發動機）可以實現15.7%的節油率。在中國典型城市公交工況下，通過發動機快速啟動可以實現在車速
將參數三下的發動機工作點、發動機的外特性以及發動機的萬有特性曲線表示在同一圖中，如圖7所示。從圖中可以看出，發動機90%以上的工作點都分布在了發動機效率高于38%的區域。由此可見，其系統效率達到了最優值，中國典型城市公交工況下的燃油經濟性能最好。
將參數三（a3，b3，c3）對應的a3Tm1、b3Te1、c3Te2臨界負荷曲線應用到試驗樣車中進行油耗試驗，試驗所得在公共典型城市公交工況下的綜合油耗為28.9 L/100 km，相對基準傳統車型油耗42 L/100 km，節油率達到了31.2%，節油效果明顯。
6 結論
通過分析并聯式混合動力客車的動力系統結構特點，搭建了基于AVL Cruise的整車動力系統模型以及基于Matlab/Simulink的控制策略模型，并設計了基于參數化調節的能量管理控制策略。使用AVL Cruise與Matlab/Simulink進行聯合性能仿真分析，計算整車基于中國典型城市公交工況下的油耗，并進一步在試驗樣車上進行試驗驗證，結果表明：
（1）通過調節不同負荷臨界參數（a、b、c），并聯式混合動力客車在中國典型城市公交工況下的綜合工況油耗能夠降低到28.9 L/100 km，與基準傳統車型相比，節油率達到了31.2%。
（2）在中國典型城市公交工況下，通過驅動電機調節后發動機能夠達到90%以上的工作點集中在高效區域，能夠很大程度改善車輛燃油經濟性。
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作者介紹
責任作者：靳旭（1983-），男，河北衡水人。學士，系統工程師，主要從事新能源汽車動力系統研發工作。
Tel：010-59912854
E-mail：.cn
通訊作者：嚴二冬（1986-），男，河北滄州人。碩士，系統工程師，主要從事新能源汽車動力系統研發工作。
能量管理策略范文第2篇
關鍵詞：質量監督；建筑節能；工程質量；管理策略
自工業時代以來，資源短缺、環境惡化日漸嚴重，社會快速發展日益面對嚴峻的能源問題，加強對可持續發展道路的探索尤為迫切。由于能源消耗中建筑耗能位居前三，實施建筑節能工程建設意義重大，必將成為追求可持續發展道路的有效途徑，但是由于建筑節能運用時間較短，工程質量難以得到有效保證，必須加強質量監督管理。
1建筑節能工程現存主要問題
(1)建設單位隨意更改設計。建筑節能效果一般會在建筑的長期使用中體現，但是在工程建設階段，建設成本較以往施工要高，某種程度上來講會影響建設單位獲益［1］。建設單位受到經濟利益驅使，存在嚴重的隨意更改設計行為，私自取消節能分項項目，甚至規定節能產品限制節能設計，大大降低了節能工程質量。
(2)節能材料質量得不到有效控制。隨著節能理念的不斷推行，建材市場上涌現出大批的節能材料，其中不乏濫竽充數者，無疑需要質檢部門把好質量關。但是，根據目前市場調查發現，施工中不少節能材料存在質量問題，甚至某些施工單位使用的材料根本不具有節能性，以次充好現象較為嚴重。造成這種現象的原因有兩點，其一施工單位為節省成本在材料購置過程中私自降低材料檔次;其二質檢部門人員監督力度不夠，甚至監管不嚴致使不合格節能材料流入施工之中。
(3)節能施工存在不規范行為。建筑施工是工程建設的最主要環節，也是直接影響工程質量的階段，而目前建筑節能工程施工中不規范行為屢見不鮮。第一，工藝標準低于規范要求，以建筑墻體保溫施工為例，多存在不分層施工、抹灰厚度不達標等問題，嚴重降低墻體的保溫效果;第二，節能分項工程施工中所采用的產品未經認證，而施工單位對此視而不見，比如安裝的門窗，由于產品節能性能不足，竣工后門窗節能效果差。
2節能工程質量監督要點分析
(1)審查參建單位資質。建筑工程建設中涉及的參建單位多，比如建設單位、設計單位、施工單位等，工程建設前需要嚴格審查各單位的資質與信譽情況，避免工程建設中發生不良建設行為［2］。參建單位資質審查可從單位規模、等級、營業范圍、人員資質等方面考察，確保參建單位各方面資質優異，并保證各單位能夠運用先進的節能技術，可為節能設計與節能施工提供技術支持。
(2)監督設計與方案。建筑設計與施工方案將是工程施工的重要參考依據，監督部門必須對此嚴格把關：一方面，審查設計文件，并做好科學評價，而施工中若出現設計變更，監督部門需嚴格確認后辦理相關手續，嚴禁出現隨意變更;另一方面，參考節能工程施工的相關指標，對施工方案、施工圖紙進行審查，評價施工技術的科學性與可操作性。
(3)查驗材料與設備。建筑節能工程中需要運用大量的節能材料，若保證節能材料的質量，可有效提升整個工程的質量，為此在施工前需對施工材料與設備進行查驗，保證其質量符合相關規范標準。在材料與設備的購置過程中，必須要保證產品具有出廠證書與質量合格證書，而節能材料則同時具備性能檢測報告，確保材料滿足高質量要求。材料與設備正式投入施工前，監理工程師需再次審查其質量問題，并以正式的書面文件記錄審查結果，嚴禁不合格材料進入施工現場。
(4)控制施工質量。施工過程中加強對質量的監督與控制意義重大，杜絕偷工減料、簡化工藝等各種不規范施工的出現，可促使工程如期保質完成建設，確保工程質量［3］。然而，施工過程相對漫長，監理單位很難做到全程無間斷的監督與控制，為此該過程中往往其監督要點有如下幾方面：第一，內容與工期的監督，審查施工執行內容與設計文件是否相符，避免設計文件流于形式，監督施工進展，確保施工能夠如期完成;第二，樣板實驗的監督，施工中新材料與新技術的使用往往需要制定樣板間進行實驗，以供參建各方進行安全評估與認證，保證材料用于施工后無質量問題，監理單位需對該項實驗進行審查，確認實驗質量。第三，抽查實體質量，施工過程中監理單位可不定期的進行實體抽查，比如說保溫層中板材粘貼是否牢靠、保護層是否出現空鼓等等。
(5)監督竣工驗收。建筑節能工程中各節能分項較多，工程竣工后可依據分項依次進行驗收，確保各項節能施工無質量問題。首先，要保證驗收人員具備較高的專業技能與素質，能夠嚴格按照國家制定的驗收標準開展工作，嚴格審查節能效果與工程質量。其次，驗收過程中需對各環節依次審查，采用實地測量方式檢驗各項指標，并真實填寫驗收報告，并確保在工程質量達到標準要求后予以簽字。最后，若驗收中發現工程存在質量問題，施工單位必須根據問題所在進行更改，監理單位將對驗收程序進行監督，嚴禁出現不規范驗收行為。
3保證建筑節能工程質量的監督管理對策
(1)開展建筑節能宣傳活動，增強參建單位的節能意識。自《節約能源法》出臺后節能工程建設有所增多，然而調查顯示，其中仍有較多的工程建設屬被動型，并沒有真正認識到節能工程建設的意義，從而導致工程建設中出現各種不規范行為。為此，政府機構應開展建筑節能宣傳活動，幫助廣大市民正確認識節能的重要性，并以試點示范工程為例，推行先進的節能技術，為建筑行業提供先進經驗，增強參建單位的節能意識，促使建筑節能工程建設真正的全面推行。
(2)采取專業化施工，嚴抓竣工階段的質量驗收。節能工程施工對技術提出了更高要求，只有提高施工專業性，才能避免出現技術問題，有效保證工程質量。目前，建筑工程建設多采用分包施工，施工人員素質往往比較低，難以滿足節能施工要求，為此建設單位應選擇具有節能施工經驗、具有較高專業性的施工單位，促使節能工程質量有所提升［5］。與此同時，竣工后需加強質量驗收工作，做好工程的質量監督，為提升工程質量把好最后一關。
(3)構建建筑節能檢測體系，完善質量監督管理體系。節能檢測主要對節能效果進行檢驗，保證各節能材料性能符合標準，建筑實體滿足施工質量要求，對于建筑節能工程而言，節能檢測是施工過程中重要的監督管理工作。為保證檢測結果更具說服力，需構建節能檢測體系，由資質檢查機構承擔檢測工作，制定計量認證標準。此外，質量監督的管理體系需有所完善，建立質量控制機制，依據監督要點實施管理。
4結語
建筑節能工程項目的廣泛普及，降低了建筑能耗，為節約型社會的創建開創了有利條件。然而，節能工程建設中仍存在某些問題，比如說建設單位隨意更改設計、節能材料質量得不到有效控制、節能施工存在不規范行為等。基于此，加強工程質量監督，以參建單位資質、設計與方案、材料與設備、施工過程、竣工驗收等作為監督要點，加大監督力度，嚴格按照節能建設規范要求，避免不良行為，提升工程的建設質量。
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能量管理策略范文第3篇
[關鍵詞]混合動力汽車，優化，能量控制策略
中圖分類號：U336 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）14-0038-01
近些年，現代交通系統不斷完善，汽車已成為人民首選的出行工具，隨之出現的是石油需求不斷增長，然而石油是不可再生資源。面對日益嚴重的石油危機，全球氣候變暖等諸多問題。新能源電動車作為一種搭載清潔能源，對環境友好、對自然消耗率小的新興汽車，吸引了諸多企業。汽車制造商紛紛開始進行相關的研究。如今混合動力汽車發展迅猛，眾多汽車生產商將其作為公司發展新的戰略陣地。
混合動力汽車主要包括兩種能量流，其一是發動力的動能能量流，其二為電動機的電能量流。能量管理系統的目標主要是提高車輛的燃油經濟型，減少排放，同時不削弱車輛的加速能力，爬坡能力，與此同時在成本上加以控制。理想的能量優化控制策略能夠保證混合動力汽車在多動力源共同作用下實現模式切換與功率分配，使能量管理系統對多股動力適時切換轉變。
混合動力汽車分類多種多樣，按照發動機及點動力功率大小可分為里程延長型、雙模式型、動力輔。按照運行模式的不同，可分為發動機開/關模式型、發動機連續運行模式型。按照發動機及電動機是否布置在同一軸線上，混合動力汽車可分為單軸型與雙軸型。根據動力源數量及動力系統結構形式，分為串聯式、并聯式、混聯式。本文主要從動力源數量分類角度，對串聯式、并聯式、混聯式混合動力汽車能源優化控制策略進行分析與闡述。[1]
1.串聯型混合動力汽車主要依靠電動機提供動力，發動機帶動發電機進行發電，因此發動機只是輔助動力源。在車輛起步時，由于蓄電池電能充足，故只需蓄電池為電動機提供能量，電能傳遞到電動機，電動機經過傳動裝置驅動車輛運動。其中發動機的主要用途是將燃料中的化學能轉變成為機械能，再次化為電能，當車輛所需的動力減小時，發動機的額外能量可帶動發電機發電將電能儲存至蓄電池中，在整個能量裝置及系統當中，電動機起主要作用。但是由于能源經過多種轉換，整個過程中綜合效率比較低，所以燃油經濟性改善有限，因此在混合動力汽車上串聯式很少見。串聯式的控制策略有恒溫模式，發動機跟蹤模式及基于規則型策略。
（1）恒溫控制：當電池剩余電量SOC低于設定的門限制值時，發動機開始工作，在最低油耗點（或者在最低排放點）處工作，發動機提供的功率一部分用于車輛行駛的驅動，另一部分向蓄電池充電，在這種模式之下，在蓄電池充放電過程中有較多的能量損失，且蓄電池要滿足所有瞬時功率要求，對發動機有利，對蓄電池不利。
（2）發動機跟蹤模式及基于規則型策略：發動機提供的功率要根據車輛所需功率變化而變化，與傳統汽車相似，在充放電過程中功率損失減小，發動機要在較短時間做出相應，發動機在從低到高整個負荷區間內工作，這會影響發動機的燃油經濟性與排放性能，解決方法可采用自動無極自動變速機器CVT，通過改變CVT速比，使發動機在最小油耗線處工作，同時減少排放，上述模式結合起來，使發動機在經濟區間內工作，減少排放，同時電池也在高效區工作。[2-6]
2.并聯式混合動力汽車當中，車輛采用兩套獨立的傳動裝置驅動車輛運動。具有發動機單獨驅動、電動機單獨驅動、電力混合驅動三種不同工作模式。并聯式混合動力汽車作為一種將電力作為輔助動力的燃油車，當發動力所提供的功率大于汽車正常行駛、制動所欲要的能量時，發電機處發電狀態，將發動機提供的剩余能量存入蓄電池。當車輛處于加速或爬坡狀態是需要較大的驅動力，發動機與電動機共同工作，保證車輛所需驅動力。當車輛處于低速工況，如城市工況，由于發動機在此類工況下不能在經濟工作區工作，因此由電動機提供車輛的驅動力。并聯式混合動力汽車的控制優化策略包括邏輯門控制策略、瞬時優化，全局優化，智能算法四種。這里主要介紹瞬時控制策略及全局優化控制策略。
（1）瞬時控制策略：通過實時計算發動機和電動機在不同功率分配組合和不同工作點處的瞬時燃油消耗率和排放，電動機等效油耗與發動機實際油耗合稱為名義油耗，在保證名義油耗最小的前提下，來確定最佳混合動力系統工作模式和工作點。具體如下，在某一時刻將電動機消耗電量折算成為發動機提供等量能量消耗的燃油和排放，再加上制動回收的能量與發動機時間消耗的燃油與排放，建立油耗模型與排放模型，計算其最小值，并將此最小值作為該工況下最優工作點。
（2）全局優化控制策略：應用最優方法與最優控制理論開發出來的混合驅動驅動力分配控制策略。建立以整車燃油經濟性與排放為目標、系統狀態量為約束全局優化模型，即動態最優控制，運用相關優化方法計算求得最優的混合動力分配策略。[7-11]
3.混聯式混合動力汽車在結構上綜合了串聯式及并聯式的特點，與此同時結合了上述兩種方式混合動力汽車的優點，但在結構上相對復雜，增加了制造成本。
混聯式的控制策略有發動機恒工作點策略和發動機最優工作曲線策略。
（1）發動機恒工作點策略：該控制策略是指在車輛上采用行星齒輪作為傳動機構，發動機的轉速不隨車輪轉速變化而變化，使發動機在最優工作點工作，提供恒定的轉矩，剩余轉矩由機提供，在加速或爬坡時由電機提供，避免動態調節對發動機的損害，且電動機控制更加靈敏，發硬速度快。
（2）發動機最優工作曲線策略：使發動機工作在萬有特性油耗線上，從靜態萬有特性曲線出發，在跟蹤條件決定的最優工作曲線上工作，在所需功率或轉矩高于某個設定值時發動機才會開始工作。發動機停止工作后，離合器脫開嚙合或接合，在發電機產生的電流超過蓄電池所能接受的電流時或驅動電流超過電機或電池接受能力時，調節發動機的工作點。[12-14]
結束語
本文系統論述了現今混合動力汽車的能量優化控制策略并分析其利與弊，現今混合動力汽車由于其自身的優越性得到了越來越多人民群眾的青睞，而能量優化控制算法的發展將進一步提高混合動力汽車的經濟性與動力性，從而進一步推動對混合動力汽車的發展。
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能量管理策略范文第4篇
關鍵詞：無線傳感器網絡；節能優化；能量空洞；路由優化
1引言
無線傳感器網絡(wireless Sensor Network，WSN)是由部署在監測區域內的大量的微型傳感器節點組成,用一種無線通信的方式構成一個類似于Ad-hoc的多跳的自組織通信網絡系統，為了能夠更好地協作地感知、采集和處理網絡中被監測對象的信息，并發送數據給控制方。
無線傳感器網絡與目前已有的移動通信網、無線局域網、Ad-hoc網絡等比較起來，其特點主要有：
1.大規模部署：無線傳感器網絡一般由幾十到幾百個無線傳感器網絡節點組成、采用無線通信、動態組網的方式形成多跳的移動對等網。無線傳感器網絡能使網絡節點分布在很大的地理區域內，能夠在一定范圍內部署大密度的節點。無線傳感器網絡的在規模布置的優點有：采集信息有較大的信噪比;監測的精確度提高;系統的容錯性提高;空洞或盲區的面積減少。
2、網絡應用相關：無線傳感器網絡與傳統網絡是不同的，主要表現在基于無線傳感器網絡節點電池管理的無線傳感器網絡分簇路由算法研究網絡協議、硬件平臺和軟件系統的不同。
3、電源能量有限：由于無線傳感器節點體積微小，因而節點電源容量非常有限。研究線傳感器網絡的節能優化技術，提高無線傳感器網絡的單位節點的工作時間，節省傳感器節點的能耗和采用合理的網絡協議達到均衡消耗網絡能量目的，對于延長無線傳感器網絡的生命周期顯得尤其重要。這是無線傳感器網絡應用面臨的最重要的挑戰。
2無線傳感器網絡節點結構及能耗分析
一般來說，無線傳感器網絡是由成百上千個具有感知和通信功能的傳感器節點組成的。這些體積微小、價格低廉的傳感器節點主要有四個基本組成部分，包括處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊。
傳感器模塊通常是由兩個子系統組成：傳感器和模/數轉換器。傳感器節點通過觀察和感知周圍環境信息生成模擬信號，再通過A/D轉換成為數字信號；微處理器和存儲器兩個子系統組成了處理器模塊，微處理器是用來對本地信息進行處理，存儲器是用來管理傳感器節點接收來自其它任務節點的數據；無線通信模塊通過交換信息，負責與鄰近節點進行通信；能量模塊是傳感器節點一個非常重要的組成部分，用以為其他的傳感器節點的組成部分提供能量。另外，根據網絡應用需要，不同的傳感器節點還可能包括定位系統、移動管理系統、能源再生系統等一些其他組成部件。一般傳感器節點的無線收發裝置存在發送、接收、空閑、睡眠四種工作狀態。其中。通信能耗是傳感器節點消耗能量最多的部分，數據處理能耗次之。有實驗數據顯示，節點發送1bit的信息數據所消耗電能足以處理器執行3000條計算機指令。而發送/接收能耗又占據通信能耗的主要部分，所以降低節點的發送和接收能耗是無線傳感器網絡節能優化技術的重要內容。空閑狀態也具有較高功耗，幾乎與接收狀態相同，但可以采用節點空閑/睡眠調度機制使得在無線收發裝置處于空閑狀態時，盡可能將關閉該網絡節點，轉換為睡眠狀態。
3無線傳感器網絡的主要性能評價指標
設計一個無線傳感器網絡的路由協議的目標是，能夠建立能量有效性路徑，提高路由的容錯能力，形成可靠數據轉發機制，延長網絡生命周期。而評價一個無線傳感器網絡路由設計性能的好壞，一般包含網絡生命期、傳輸延遲、路徑容錯性、可擴展性，魯棒性，安全性等性能指標。其中，本文主要研究的是無線傳感器網絡的節點優化技術，主要關心的是網絡生命周期指標。
網絡生命周期是無線傳感器網絡有效生存時間和網絡實用價值的體現，這一評價指標相當程度上反映了網絡能耗問題。可以采用第一節點死亡時間，即無線網絡從開始正常運行到第一個節點由于能量耗盡而消亡所經歷的時間，或網絡分裂時間。此外，優化路由協議，提高數據交付率，降低數據延時性等指標，都可以減少數據交付時的能量消耗，所以也可以提高這些性能指標，從而達到節能優化的目的，延長無線傳感網絡節點的生命周期。
4無線傳感器網絡的節能優化技術研究
4.1能量空洞問題
無線傳感器網絡的建立和無線網絡節點之間的通信不依賴于固定的通信基礎設施，通常情況下無線網絡節點處于未知的惡劣的環境中，通過分布式的網絡協議自行組網，同時也根據節點的增加、減少或移動，以及節點剩余能量和發射信號范圍的變化等因素，自動地調整網絡拓撲結構。這些環節正常運轉都需要能量，通常只能依靠電池來提供有限的能量，能源無法替代也無法進行二次補充。
一般將傳感器節點由于能量耗盡等原因引起的節點不能正常工作的情況定義為節點死亡。無線傳感器網絡中的節點很可能會由于外界惡劣條件的影響或因自身的脆弱性或是能量不足而導致節點死亡。通常傳感器節點將數據以多跳方式傳輸給離它最近的節點，一般來說，負載較大的節點越容易早早死亡;在死亡節點附近的其它節點由于需要中繼己經死亡節點應該承擔的數據轉發任務，從而進一步加快這一區域節點的死亡速度，最終形成了一塊沒有傳感器節點覆蓋的區域，形成監測空白，產生了能量空洞。
能量空洞的實質主要在于網絡中某局部區域的能量消耗水平高于平均能量消耗水平。因此，研究無線網絡能量空洞問題，不僅要盡可能的降低無線傳感器節點自身的能量消耗，更要注重保持整個網絡內節點間能量消耗的均衡，實現對網絡壽命的優化。
4.2基于參數設置的能量空洞避免策略
通過對無線傳感器網絡的基礎參數的設置，能夠有效的避免能量空洞問題的發生。
1．設置無線基站的數目和分布：無線傳感器網絡中基站的作用是管理節點任務和處理從各個節點匯聚而來的監測數據，因此，基站一般需要擁有更強的數據處理和通訊能力以及更持久的能量，基站部署的位置和數量直接關系到無線傳感器網絡的應用和壽命。
2．設置基于數據融合的策略：大量的單向數據涌向基站是造成無線傳感器網絡能量空洞問題的重要原因。在無線網絡內部采用數據融合機制可以減少單向數據流量，減輕熱點節點的負載。
3．設 置基于部署知識的非均勻分布策略：考慮能量空洞和網絡生命期問題，可以在部署知識的基礎上采取非均勻分布策略。比如根據距離基站由遠到近設置節點不同初始能量的非均勻分布策略，也可以根據距離基站由遠到近設置不同密度的傳感器節點分布策略，在距離基站較近范圍內的節點密度大于距離基站較遠范圍內的節點密度，這些增加的節點可以僅僅作為中繼節點向基站轉發數據。
4.3基于路由轉移優化的能量空洞避免策略
多路徑路由策略提高網絡可靠性的同時，特別適合能量受限網絡節點間的能量負載均衡。源節點同時維護去往目的節點的多條路徑，通過周期性的在多條路徑間轉發數據，只有當所有路徑都失效的情況發生時，才需發起路由重建。多路徑路由技術是通過使用高內存復雜度來換取網絡生命期和低通信復雜度，該技術降低了路由請求頻率和數據等待延時，對于能量空洞這一影響網絡生命期的難題，在很大程度上得以延緩。
針對使用廣泛無線傳感器網絡的集中式數據收集，多跳傳輸模型和“多對一”通信方式的特征以及隨之而來的網絡能量空洞問題，能在全網范圍內均衡能量的多路徑路由算法適用于解決該問題。該算法主要具有以下幾個特點：1.算法基于分層網絡模型建立，節點維護到達基站節點的最短路徑，可以保證數據包具有較低的時延；2.算法依據路徑關鍵能量構建能量平衡網絡，能在節點間平衡能量，可以減緩能量空洞問題；3.算法基于局部拓撲信息，提供了局部修復機制，具有一定的容錯性和魯棒性；4.算法具有可擴展性，也可以考慮將其他性能參數作為隨機權重均衡的權值。
5 結論
無線傳感器網絡作為一種新型的具有廣泛應用前景的無線自適應網絡，如何通過降低無線傳感器網絡節點的能耗來延長傳感器網絡的生命期，考慮基于參數設置的能量空洞避免策略，研究和設計具有負載均衡和能量感知的路由協議，來提高無線傳感器網絡的生命周期。
參考文獻：
[1]于海斌,曾鵬等,智能無線傳感器網絡系統,北京,科學出版社,2006.1:5-6.
[2]任豐原,黃海寧,林闖,無線傳感器網絡,軟件學報,2003,14（7）:1282-1291.
能量管理策略范文第5篇
根據應用的不同，微電網的基本結構也不盡相同。但是，一般來說，基本都包含微電源、儲能、管理系統以及負荷四大部分。微電源一方面通過公共連接點(PCC)與大電網相連接，另一方面采用逆變器和負荷相連。當大電網工作狀態穩定時，微電網負載可由大電網供電，微電網與大電網并網運行，而當大電網供電中斷或運行狀態出現問題時，則隔離開關打開，切斷微電網與大電網的連接，微電網轉入孤島運行狀態。在微電網和大電網的接口處均配有斷路器，并輔之以具有功率和電壓控制功能的控制器，以實現能量的初步管理。每一個微電源具有包括有功、無功、電壓、頻率、孤島等能量調節管理的控制方式。微電網的基本結構如圖1所示，能量管理系統作為整個系統的管理中心，必須具有對各種參數(系統電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數等)的管理功能，對微電源、儲能裝置、負荷的控制功能等。
1.1數據管理功能管理系統內設數據庫，庫內存放著各設備的標準運行數據、歷史運行數據、統計數據等，主要功能是記錄實時運行數據，并且利用相應的功能軟件對實時運行數據的狀態進行統計和分析。
1.2微電網運行模式管理微電網的運行模式分為并網和離網運行兩種情況，管理系統根據系統要求對這兩種運行模式進行有效的切換。當微電網需要并網運行時，管理系統對大電網的運行參數進行分析，如果大電網運行狀態良好，管理系統就將微電網平滑地從離網運行狀態切換至并網運行狀態，而且管理系統開始實時地對微網和大電網的運行狀態進行監檢和數據分析；當管理系統監測到大電網運行數據嚴重偏離標準值時，管理系統視故障的嚴重程度決策運行方式，或者對大電網的運行參數進行一定程度的調節后，依舊保持并網運行，或者切斷與主網的聯系，進入孤島運行；當微電網需要進行孤島運行時，也由管理系統進行工作狀態的切換。以上各種切換都應是平滑地無縫切換。
1.3對微電源的控制功能利用管理系統對微電源的工作方式進行控制的依據是用電需求的變化，當微電網內的負荷需求較小時，能量管理系統調低微電源的輸出功率，以達到節能的目的，而當負荷較大時，管理系統調高微電源的輸出功率，以滿足系統的要求。而當管理系統中的檢測數據顯示蓄電池充滿時，管理系統關閉微電源，利用蓄電池放電給系統供電。
1.4儲能裝置的管理蓄電池的工作狀態是微電網穩定運行的基礎。管理系統內嵌SOC算法模型，實現對蓄電池的充放電、電壓值、功率值的管理，并根據系統的需要，設置相應的控制方式，從而完成蓄電池的有功功率、無功功率的調節。
1.5負荷管理微電網的負荷是微電網的用電中心，決定著微電源出力的多少，管理系統的責任是保持微電源與負荷之間的平衡，以確保微電網在負荷發生變化時，系統能夠穩定地運行。
2能量管理系統功率控制策略的確定
微電網中的微電源大致可以分為三類：一類是可再生性能源，主要有光伏發電、風力電力、生物質能發電等；一類是傳統發電模式，如柴油發電機、小水電等；另一類是新興的發電模式，如燃料電池、微型燃氣輪機等。這三類發電方式，都需要通過逆變器變換為工頻變流電，因此，基于電力電子技術的逆變器的工作狀態成為能量管理的關鍵。逆變器作為微電網與大電網之間的接口，最主要的功能就是控制輸出的有功功率和無功功率。控制方法主要有PQ控制法、下垂(Droop)控制等，控制策略分為主從型和對等型兩種方式。本設計采用的是對等型的Droop控制法。在微電網中，各個分布式電源(DG)沒有主次、從屬關系，所有的微電源采取相同或不同的控制方法來參與有功或無功功率的調節，并以實際電網中各種實時監測的電氣量為依據，進行系統電壓和頻率的協調。對等型控制框圖如圖2所示。從圖2可知，對等控制中各個微電源相互獨立，在電壓和頻率等參數進行調節的過程中，只需進行自身輸出端電氣量的監測，不用對其他微電源的運行狀態進行衡量，從而保證了系統的可靠性。在本設計中，每一個微電源的逆變器采用Droop控制方法，基本策略是模仿傳統發動機的下垂特性，通過解耦有功功率-無功功率與電壓-頻率之間的關系進行系統電壓和頻率調節。該方法的優點是在并網和離網兩種模式切換時無需改變控制方式，就可維持微網電壓和頻率的穩定，從而保證系統的有功負載進行合理的分配。
3CAN總線結構分析
在微電網中，電源的種類多，其中可持續性綠色電源占據一定的比重，但是這一類電源受環境影響大，工作狀態不夠穩定，因此需要對微電網中的微電源進行有效地監控，而且由于數據量大且實時性高，所以監控系統的通信功能必須滿足系統的基本要求。根據微電網的基本要求，本設計采用基于CAN總線的通信結構，利用CAN總線來連接逆變器，而在通信結構中，利用可編程邏輯器件CPLD完成DSP處理器TMS320F240與CAN控制器SJA1000之間的接口設計[2]。通訊結構圖如圖3所示，微電網的控制策略由DSP擔任電氣量的計算，計算結果通過CAN總線傳送至控制中心，控制中心根據相應的計算結果將控制命令通過CAN總線傳送至下位機，從而實現對微電源的有效監控。
4總結
