能量收集的无线传感器节点能量管理策略

针对能量收集无线传感器网络中传感器节点电池存在存储损耗和容量衰减特性的问题,建立了末梢节点电池存储损耗和容量衰减的通信模型,研究了无线传感器生命周期内吞吐量最大化的问题。将系统优化问题转化为凸优化问题,通过凸优化分析得到与当前能量收集水平、电池能量水平以及信道增益相关的信息传输功率控制策略;提出了适应电池存储损耗和容量衰减的双功率阈值算法,用于优化平均吞吐量;提出了最小化放电空间的电池充放电管理策略抑制电池容量的衰减速度,优化无线传感器的生命周期,并对无线传感器生命周期与电池放电空间进行理论估计。仿真结果表明,在不同电池存储效率、放电空间比例下,本文提出的双功率阈值算法相较于自适应定向注水算法能够通过减少电池的频繁充放电次数,降低收集能量的存储损失,优化了无线传感器的平均吞吐量和生命周期,使生命周期内的吞吐量最大化。     

无线携能通信中继网络最大化总传输速率

能量捕获无线传感器网络是解决传统无线传感器网络能量问题的有效途径之一,无线携能通信网络SWIPT（Simultaneous wireless information and power transfer）是其中的一个重要研究方向。研究了一种SWIPT场景,在源节点总功率的约束条件下,最大化总传输速率。源节点通过在不同的频谱上分配不同的功率发送携能信号给多个中继节点,中继节点对于接收到的携能信号通过功率分配将一部分信号转化为能量,一部分信号解码为信息;中继节点利用捕获的能量将信息转发给目的节点。建立数学模型求解最优的功率分配因子,运用拉格朗日乘数法求得源节点在每个频谱上分配功率的表达式,按照注水算法求得最终分配的功率和最大化的总传输速率,最后通过数值模拟进行了有效性验证。     

智能反射面辅助下行NOMA系统中权衡最大化的方法

智能反射面(IRS)辅助的单簇下行非正交多址接入(NOMA)系统中，无法同时实现信号传输速率与能量效率最优平衡，对此提出了一种资源分配方法。首先，建立了一个优化问题，旨在使信号传输速率和能量效率权衡最大化，其中的参数包括用户功率和IRS相移；然后，对该问题进行了简化，将参数简化为总功率和IRS相移；其次，通过最大化等效信道增益之和来确定IRS相移，并在已知IRS相移的情况下，通过函数极值法找到最大化速率和能量效率权衡的总功率；最后，根据得到的IRS相移和总功率，计算单个用户的功率。仿真实验结果表明，在相同速率需求的情况下，所提方案在速率与能量效率的权衡方面优于同一场景中已有的方案。     

基于实时电价的多目标电动汽车控制策略

在实时电价的电力市场机制下,综合考虑了电网侧和电动汽车车主双方利益,建立了电动汽车群接入电网后的控制模型.该模型以电动汽车群接入电网后负荷曲线峰谷差最小及电动汽车车主收益最大为优化目标,并以电池充放电功率和可用容量为约束条件,采用粒子群算法进行了优化求解,得出了电动汽车群与电网的交互功率曲线.最后,通过仿真实例验证了所建构模型的正确性和有效性.     

无线携能通信时隙与功率联合优化算法研究

传统通信系统由于不能够有效利用射频信号的能量会导致传输能耗较高,所以必须合理分配资源,在信息和能量传输间获得折中,即保证充足的传输能量并尽可能提高系统的信息传输性能.因此,为了节约通信系统的能量,本文提出通信系统在多个时隙同时传输信息和能量从而实现无线携能通信.首先,将传输时间分成若干时隙,发射机按照要求在不同时隙内发送信息或者能量;然后,接收机在对应时隙内接收信息或者收集能量,并利用收集的能量提供电路耗能;最后,通过联合优化时隙和功率分配,在保证系统能量需求基础上最大化系统传输速率.仿真结果表明:相比等时间功率分配算法,提出算法的传输效率提高了约40 bps;且随着时隙数增加,提出算法性能显著提高.当传输能量增加时,可分配的信息功率更大;而当能量需求增加时,信息功率会降低,更多的功率用于能量传输.因此,提出算法通过为信息传输和能量采集合理分配时隙和功率,保证充足的采集能量基础上,最大化信息传输性能,系统通过采集无线能量有效提高了传输性能.     

NOMA系统中最大化能量效率的功率分配

已有的上行非正交多址接入(NOMA)系统中最大化能量效率的功率分配方案的计算量有待降低,针对此问题,该文提出了上行NOMA系统中低复杂度的最大化系统能量效率的功率分配方案.首先,根据用户的最低速率需求计算每个用户所需的最低功率,以单个用户的最大发送功率和用户的最低速率需求作为约束条件,建立最大化能量效率的功率分配优化问...     

钒液流电池的建模与充放电控制特性

随着风电场、光伏电站并网穿透功率的不断增加,风电场、光伏电站输出功率随机波动性给电网的安全运行带来了一系列影响,储能技术平滑风电场、光伏电站输出功率波动是有效手段之一,因此对储能媒介建模及充放电控制方式的深入研究至关重要.钒液流电池作为一种新型储能电池,具有功率密度和能量密度独立控制、充放电循环寿命长、动态响应快、维护简单等优点,适合于可再生能源发电系统应用.研究钒液流电池（VRB）的充放电模型、电池可用能量预测、荷电状态SOC及充放电输出特性,构建10 kW/h VRB仿真系统模型,详细研究VRB的恒功率、恒电流充放电模式和充放电效率,并讨论应用于独立光伏发电系统的VRB优化充电方式.     

保密MIMO无线携能系统的鲁棒能效优化

针对多输入多输出无线携能系统,研究了在多个窃听者存在且其信道状态信息不准确情况下的保密能量效率优化问题．在最大发射功率和最小收获能量的约束条件下,通过联合设计波束成形矩阵、辅助噪声方差矩阵和功率分配比,最大化系统最差情况的保密能量效率．基于分式理论,将原来的非凸分式问题转换成易处理的减式形式．通过S-procedure和一阶泰勒级数展开,将难于处理的非凸问题转化为凸问题．在此基础上提出了基于Dinkelbach方法的两级优化迭代算法,仿真结果验证了该算法的有效性和收敛性．     

移动边缘计算中基于能量收集的能效优化方案

移动边缘计算（MEC）系统中密集的计算任务卸载使得资源受限的终端设备能量效率低,能量服务单一,对此,提出了一种基于能量收集的系统能效优化方案.该方案首先在满足卸载发送功率限制等约束条件下,分析了能量收集状态及用户功率分配,建立了最大化系统能效的联合优化模型;其次,利用广义分数规划理论将卸载能效转化为标准凸优化问题,并通过构建拉格朗日函数对目标函数进行迭代优化,获得最优的能量指示变量和功率分配.仿真结果表明,所提方案可以有效提升MEC系统中的用户能量效率,同时保证了用户服务质量,实现了绿色通信.     

多播系统中基于多用户分集的资源分配

针对无线多播系统中传输速率受限于多播组中最差用户信道容量的问题,提出一种组内资源分配算法.在考虑用户之间不同速率需求的前提下,对多播组内用户进行子载波分配和功率分配,来最大化多播系统归一化速率.子载波分配算法利用每个子载波上多播用户之间的多用户分集,将子载波分配给该子载波上性能较好的多个用户.功率分配算法采用基于梯度的功率分配方式对各子载波上所分配的功率做局部优化,进一步提高多播系统的传输速率.仿真结果表明,与传统多播组内资源分配方案相比,显著提升多播系统的归一化速率.     

电池储能系统充放电控制策略仿真研究

在含有多类电源的供电系统中,对电池储能系统进行良好的控制可以使供电系统更为安全、稳定与经济的运行。基于储能电池充放电过程中的动态响应速度和控制性能,采用双闭环PI控制搭建了双向半桥DC/DC变换器,并在MATLAB/Simulink中搭建储能系统的整体模型,对储能电池的充放电控制过程进行了仿真实验。实验结果验证了模型的正确性以及控制算法的可行性和有效性。     

独立光伏发电系统高效充电控制器设计

针对小功率独立光伏发电系统中铅酸蓄电池使用寿命短、充电效率低的问题,提出基于放电脉冲的3阶段充电方法.该方法通过放电脉冲控制铅酸蓄电池的自放电,以增大铅酸蓄电池的可接受充电电流,使铅酸蓄电池能够完全吸收光伏电池组件输出的电能,提高独立光伏发电系统的充电效率.该方法结合最大功率跟踪算法协调铅酸蓄电池与光伏电池组件之间的工作关系,提高独立光伏发电系统的工作效率.根据这一思路设计具有高充电效率的独立光伏发电系统控制器.与传统控制器相比,它不仅提高了光伏电池组件的利用率,加快了对蓄电池的充电,而且可以保护蓄电池并延长使用寿命.     

基于单Z源三电平SVPWM逆变器的电池充放电控制方法

提出了基于单Z源三电平SVPWM逆变器的蓄电池充放电策略,并设计了闭环控制系统.研究了电流前馈解耦的阶段式充电、功率前馈解耦的恒功率放电,以及恒功率放电时的升压控制方法.经Matlab仿真验证,该系统可实现蓄电池充电时的限功率恒压、恒流控制,以及具有升压特性的输出恒功率并网控制.     

电动汽车蓄电池双向充放电系统的研制

针对电动汽车行驶过程中能源浪费的问题,采用电流可逆斩波电路,实现了电动汽车刹车制动时电能的再回收.选用高性能的DSP芯片设计了电动汽车蓄电池充放电电路,能够控制充放电的电流和电压,优化充电过程,提高了充电效率和电池使用寿命.     

电力电源及蓄电池远程维护系统设计与实践

介绍了基于PCM数字传输通道的变电站直流电源及蓄电池的远程维护系统的设计方法。在不改动原直流电源系统设计的情况下,通过增加变电站直流电源及电池测控单元,完成协议转换及采集智能设备信息,并转换成监控中心可以理解的通信协议(IEC61850)。系统通过电源监控单元完成电力电源测控,控制输入交流电源实现蓄电池远程充放电管理,对监测数据的理论分析、诊断电源系统及蓄电池的运行状态。     

Power allocation and transmission scheduling for a transmitter with hybrid energy sources

The problem of dynamic power allocation and transmission scheduling for a transmitter powered by hybrid energy sources (combination of power grid and energy harvesters) is studied. The goal is to minimize the time average energy consumed from the power grid, that is, to improve the utilization efficiency of the energy harvested by the harvesters under the condition of unknowing statistical distribution of the energy harvesting process, data arrival process and fading channel state. An efficient dynamic power allocation and transmission scheduling algorithm is proposed based on Lyapunov optimization, and the algorithm is simple to operate due to its low complexity. Using the proposed algorithm the power consumed by the transmitter from the power grid can be close to the minimum arbitrarily under all data queues stability, and meanwhile the algorithm guarantees that data queues cannot exceed the maximum delay. Simulation results indicate that the proposed algorithm has a better performance than other two simple algorithms.     

用于车载充电的双向CLLC变换器设计

为拓宽车载充电机（on-board charger, OBC）双向充放电工作范围并提高充电效率,用PFC（power factor correction）级联高效CLLC(电容-电感-电感-电容)谐振拓扑实现电网电压与电池电压之间能量双向转换。同时为解决CLLC谐振拓扑在宽范围工作时参数设计困难的问题,提出一种参数设计及优化方法,采用基波分析法（fundamental harmonic analysis, FHA）对谐振网络建模,推导充放电增益的归一化方程,提取出影响谐振变换器增益和效率的关键参数,对比分析关键参数的变化对拓扑各项性能的影响规律,进而总结参数的设计及优化原则。结果表明:影响谐振变换器双向运行最重要的参数是匝数比和谐振电容,其中变压器匝数比主要影响CLLC变换器的充放电效率,谐振电容值影响充放电宽范围输出的最佳工作区,通过分析给出了双向传输功率同等级时匝数比和谐振电容的最佳取值范围。应用CLLC拓扑,双向车载充电机可实现双向超宽范围运行,整机充电效率最高可达94.5%,CLLC效率可达97.5%。     

面向智能电网负荷调节的自适应储能系统控制

提出一种自适应储能系统控制方法,对智能电网中电动汽车的动态无线充电负荷进行调节.该方法在系统代价函数中联合考虑电网侧功率的变化率和充放电对电池寿命的影响,采用自适应动态规划算法,通过在线神经网络训练,估计并最优化系统长期代价,从而得到近似最优的储能系统控制策略.仿真结果表明,该方法能有效降低电网侧功率的斜率,使负荷更加平稳,同时延长储能系统中电池的寿命.     

高功率镍蓄电池在混合动力车辆上的应用特性

为进一步了解镍氢动力电池的充放电的特性,从而评价其在电动车辆上的使用性能,对高功率型镍氢动力电池进行了充放电试验测试.基于实验结果,对镍氢动力电池的工作电压、工作电压下降速率和温升等工作特性进行了研究和分析.同时结合混合动力车辆工况情况,特别对高功率型镍氢动力电池的大电流充电和放电性能进行实验和分析.分析认为:高功率型镍氢动力电池能够比较好地满足混合电动车辆的使用特性,适合混合动力车辆用电机辅助动力的电源要求.但是对于镍氢动力电池的温升问题,尤其是在大电流(6C)放电的情况下,电池温升较快,应该对电池进行比较良好的温度管理,才能更好地利用镍氢电池的特点.     

蓄电池自我监控系统的研发

随着电子开关技术和智能微电网技术的发展,研发大容量蓄电池控制系统成为了亟待解决的问题.提出了针对大容量蓄电池的控制系统,可以提高电池使用的安全性,使用寿命,使用效率,同时降低成本.所设计的蓄电池控制系统具有以下功能：蓄电池充放电电压监控,电流监控,内阻、温度监控.进行了蓄电池并网的充放电试验,验证了系统的合理性和正确性.