能量管理策略
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能量管理策略范文第1篇
中图分类号：U469.7文献标文献标识码：A文献标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
能源危机与城市环境污染的日益加剧对城市公交客车的能耗与排放要求越来越严格，传统的公交客车已经无法满足现在的能耗与排放标准，然而纯电动公交客车虽然能够实现零排放，但其电池成本过高，续驶里程不足始终是现阶段难以解决的问题。并联式混合动力客车结构简单，在成本增加有限的前提下，能够很好地降低能耗与排放。并联式混合动力客车通过自动离合器机构将发动机和电动机两动力源集成在一起，两动力源同轴，并联式混合动力客车具有多种工作模式，能够实现不同工作模式之间的灵活切换[1]。
当前，混合动力汽车的能量管理策略和协调控制算法已成为研究的重要方向，合理的能量管理策略对降低能量消耗具有重要意义，模式切换与换挡时的转矩协调控制能够较大程度地改善驾驶舒适性。能量管理策略侧重于通过ISG电机来调节发动机的工作点，使发动机始终工作在高效区域，进而达到节约能源与减少排放的目的。童毅等人针对并联式混合动力汽车离合器接合、变速器换挡过程中的汽车转矩管理策略和协调控制算法进行了研究[2]。古艳春等人采用了基于逻辑门限值的能量管理策略，并对混合动力汽车起步和换挡过程的转矩协调控制策略进行了仿真研究[3]。戴一凡等人采用了基于优化发动机效率曲线的能量管理策略，但只对纯电动行进中启动发动机过程的协调控制进行了研究[4]。以上研究采用了简单的逻辑门限值控制策略，侧重于发动机局部最优，并且只对部分工作模式切换的协调控制进行了研究。
本文以国家863计划科技攻关项目中度混合动力客车为研究对象，为了达到最优的燃油经济性目标，以动力系统效率最优兼顾荷电状态（State of Charge，SOC）平衡为实现方法[5]，对基于自动变速器（Automated Mechanical Transmission，AMT）的并联式混合动力系统工作模式区域进行划分，并制定出相应的能量分配控制策略，计算出在中国典型城市公交工况下任意车速的需求功率，并将需求功率合理地分配给发动机与电机。同时，本文对中国典型城市公交工况下工作模式之间切换的转矩协调控制算法进行了研究。以上研究可以实现工作模式切换过程动力传递的平稳性控制和循环工况油耗最优控制[6]。
1 并联式混合动力系统结构
本文研究的并联式混合动力客车的动力系统如图1所示。系统中发动机输出轴与自动离合器、ISG电机、AMT相连，ISG电机集成在自动离合器与变速器中间，ISG电机既可作为发电机又可作为电动机，驱动力矩通过AMT输出，经车桥主减速器传递至车轮。
通过控制发动机、电机、离合器、变速器的工作状态，该混合动力系统可实现多种工作模式，见表1。由表1可知，该混合动力系统可实现纯电驱动、发动机单独驱动、行车充电、停车充电、联合驱动以及制动回馈工作模式。
2 模式切换转矩协调控制
并联式混合动力客车由静止启动，首先进入纯电驱动模式，当车速信号与加速踏板信号大于设定阀值时，车辆由纯电驱动模式进入并联驱动模式。如果没有转矩协调控制，车辆由纯电驱动模式切换进入并联驱动模式时，离合器结合与变速器换挡会存在很大的冲击，驾驶舒适性很差。通过在模式切换过程中合理地控制ISG电机的转矩变化能够很大程度降低离合器结合与变速器换挡的冲击，进而改善驾驶舒适性。如图2所示，给出了工作模式切换的整个控制过程。
3 整车能量管理控制策略
整车能量管理控制策略是以燃油经济性为主要目标，结合动力电池的SOC状态、车速信息、负荷信息等因素进行能量分配与工作模式切换的一种控制策略。其原则主要是通过纯电驱动、行车充电、混合驱动等工作模式调节发动机的工作点，使发动机大部分时间工作在高效区域，通过让电机参与制动将制动过程中的一部分能量回馈给动力电池，从而达到节油的目标。图3给出了详细的控制策略示意图。
如图3所示，黑色曲线为车速曲线，蓝色曲线为SOC状态曲线。此控制策略中的时间轴并非真正试验时的时间轴，此时间轴没有实际意义，只是用于说明不同工作模式之间的切换情况。整车能量管理策略具体描述如下：当车速≤u且n≤SOC
将整车能量管理策略进行转矩解析，如图4所示，表示了在不同转速下的需求转矩与不同工作模式之间的关系。当0≤Treq
表2列出了不同工作模式下，电机与发动机的转矩分配情况。
4 搭建仿真模型
以中国典型城市公交工况为混合动力客车的试验工况，利用整车性能仿真分析专业软件AVL Cruise进行性能仿真分析。通过AVL Cruise软件搭建整车动力系统模型，并输入整车与各部件的技术参数，通过Matlab/Simulink搭建整车能量管理策略模型，并将整车控制策略模型通过Interface接口与AVL Cruise整车动力系统模型交互实现联合仿真。并联式混合动力客车整车动力系统模型如图5所示。
表3中列出了并联式混合动力客车整车的基本参数。
图6为整车控制策略中并联模式下的能量管理模型，此模型规定了并联模式下行车充电、纯发动机及混合驱动模式的能量分配情况。
5 仿真结果与试验结果对比分析
根据系统效率最优原则，为了获得最低的油耗值，在标定文件中分别对Tm1、Te1、Te2 三条临界负荷曲线乘以一个系数，得出aTm1、bTe1、cTe2。基于纯电驱动电机效率、发动机燃油消耗特性以及SOC平衡的原则，通过调整a、b、c三个参数进而得到不同的纯电驱动、行车充电及混合驱动临界负荷曲线，分别进行仿真分析。表4中列出了三组不同参数下的仿真油耗值，对比之后在参数三（0.8、0.9、1.1）下的油耗值最低为28.8 L/100 km，进而获得了最优的临界负荷曲线。
通过仿真分析，可以得到在整个循环工况下不同节油方式对节油率的贡献情况，见表5。基准传统车型工况油耗为42 L/100 km，通过减小发动机规格（由传统车6.7 L发动机减小到3.8 L发动机）可以实现15.7%的节油率。在中国典型城市公交工况下，通过发动机快速启动可以实现在车速
将参数三下的发动机工作点、发动机的外特性以及发动机的万有特性曲线表示在同一图中，如图7所示。从图中可以看出，发动机90%以上的工作点都分布在了发动机效率高于38%的区域。由此可见，其系统效率达到了最优值，中国典型城市公交工况下的燃油经济性能最好。
将参数三（a3，b3，c3）对应的a3Tm1、b3Te1、c3Te2临界负荷曲线应用到试验样车中进行油耗试验，试验所得在公共典型城市公交工况下的综合油耗为28.9 L/100 km，相对基准传统车型油耗42 L/100 km，节油率达到了31.2%，节油效果明显。
6 结论
通过分析并联式混合动力客车的动力系统结构特点，搭建了基于AVL Cruise的整车动力系统模型以及基于Matlab/Simulink的控制策略模型，并设计了基于参数化调节的能量管理控制策略。使用AVL Cruise与Matlab/Simulink进行联合性能仿真分析，计算整车基于中国典型城市公交工况下的油耗，并进一步在试验样车上进行试验验证，结果表明：
（1）通过调节不同负荷临界参数（a、b、c），并联式混合动力客车在中国典型城市公交工况下的综合工况油耗能够降低到28.9 L/100 km，与基准传统车型相比，节油率达到了31.2%。
（2）在中国典型城市公交工况下，通过驱动电机调节后发动机能够达到90%以上的工作点集中在高效区域，能够很大程度改善车辆燃油经济性。
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作者介绍
责任作者：靳旭（1983-），男，河北衡水人。学士，系统工程师，主要从事新能源汽车动力系统研发工作。
Tel：010-59912854
E-mail：.cn
通讯作者：严二冬（1986-），男，河北沧州人。硕士，系统工程师，主要从事新能源汽车动力系统研发工作。
能量管理策略范文第2篇
关键词：质量监督；建筑节能；工程质量；管理策略
自工业时代以来，资源短缺、环境恶化日渐严重，社会快速发展日益面对严峻的能源问题，加强对可持续发展道路的探索尤为迫切。由于能源消耗中建筑耗能位居前三，实施建筑节能工程建设意义重大，必将成为追求可持续发展道路的有效途径，但是由于建筑节能运用时间较短，工程质量难以得到有效保证，必须加强质量监督管理。
1建筑节能工程现存主要问题
(1)建设单位随意更改设计。建筑节能效果一般会在建筑的长期使用中体现，但是在工程建设阶段，建设成本较以往施工要高，某种程度上来讲会影响建设单位获益［1］。建设单位受到经济利益驱使，存在严重的随意更改设计行为，私自取消节能分项项目，甚至规定节能产品限制节能设计，大大降低了节能工程质量。
(2)节能材料质量得不到有效控制。随着节能理念的不断推行，建材市场上涌现出大批的节能材料，其中不乏滥竽充数者，无疑需要质检部门把好质量关。但是，根据目前市场调查发现，施工中不少节能材料存在质量问题，甚至某些施工单位使用的材料根本不具有节能性，以次充好现象较为严重。造成这种现象的原因有两点，其一施工单位为节省成本在材料购置过程中私自降低材料档次;其二质检部门人员监督力度不够，甚至监管不严致使不合格节能材料流入施工之中。
(3)节能施工存在不规范行为。建筑施工是工程建设的最主要环节，也是直接影响工程质量的阶段，而目前建筑节能工程施工中不规范行为屡见不鲜。第一，工艺标准低于规范要求，以建筑墙体保温施工为例，多存在不分层施工、抹灰厚度不达标等问题，严重降低墙体的保温效果;第二，节能分项工程施工中所采用的产品未经认证，而施工单位对此视而不见，比如安装的门窗，由于产品节能性能不足，竣工后门窗节能效果差。
2节能工程质量监督要点分析
(1)审查参建单位资质。建筑工程建设中涉及的参建单位多，比如建设单位、设计单位、施工单位等，工程建设前需要严格审查各单位的资质与信誉情况，避免工程建设中发生不良建设行为［2］。参建单位资质审查可从单位规模、等级、营业范围、人员资质等方面考察，确保参建单位各方面资质优异，并保证各单位能够运用先进的节能技术，可为节能设计与节能施工提供技术支持。
(2)监督设计与方案。建筑设计与施工方案将是工程施工的重要参考依据，监督部门必须对此严格把关：一方面，审查设计文件，并做好科学评价，而施工中若出现设计变更，监督部门需严格确认后办理相关手续，严禁出现随意变更;另一方面，参考节能工程施工的相关指标，对施工方案、施工图纸进行审查，评价施工技术的科学性与可操作性。
(3)查验材料与设备。建筑节能工程中需要运用大量的节能材料，若保证节能材料的质量，可有效提升整个工程的质量，为此在施工前需对施工材料与设备进行查验，保证其质量符合相关规范标准。在材料与设备的购置过程中，必须要保证产品具有出厂证书与质量合格证书，而节能材料则同时具备性能检测报告，确保材料满足高质量要求。材料与设备正式投入施工前，监理工程师需再次审查其质量问题，并以正式的书面文件记录审查结果，严禁不合格材料进入施工现场。
(4)控制施工质量。施工过程中加强对质量的监督与控制意义重大，杜绝偷工减料、简化工艺等各种不规范施工的出现，可促使工程如期保质完成建设，确保工程质量［3］。然而，施工过程相对漫长，监理单位很难做到全程无间断的监督与控制，为此该过程中往往其监督要点有如下几方面：第一，内容与工期的监督，审查施工执行内容与设计文件是否相符，避免设计文件流于形式，监督施工进展，确保施工能够如期完成;第二，样板实验的监督，施工中新材料与新技术的使用往往需要制定样板间进行实验，以供参建各方进行安全评估与认证，保证材料用于施工后无质量问题，监理单位需对该项实验进行审查，确认实验质量。第三，抽查实体质量，施工过程中监理单位可不定期的进行实体抽查，比如说保温层中板材粘贴是否牢靠、保护层是否出现空鼓等等。
(5)监督竣工验收。建筑节能工程中各节能分项较多，工程竣工后可依据分项依次进行验收，确保各项节能施工无质量问题。首先，要保证验收人员具备较高的专业技能与素质，能够严格按照国家制定的验收标准开展工作，严格审查节能效果与工程质量。其次，验收过程中需对各环节依次审查，采用实地测量方式检验各项指标，并真实填写验收报告，并确保在工程质量达到标准要求后予以签字。最后，若验收中发现工程存在质量问题，施工单位必须根据问题所在进行更改，监理单位将对验收程序进行监督，严禁出现不规范验收行为。
3保证建筑节能工程质量的监督管理对策
(1)开展建筑节能宣传活动，增强参建单位的节能意识。自《节约能源法》出台后节能工程建设有所增多，然而调查显示，其中仍有较多的工程建设属被动型，并没有真正认识到节能工程建设的意义，从而导致工程建设中出现各种不规范行为。为此，政府机构应开展建筑节能宣传活动，帮助广大市民正确认识节能的重要性，并以试点示范工程为例，推行先进的节能技术，为建筑行业提供先进经验，增强参建单位的节能意识，促使建筑节能工程建设真正的全面推行。
(2)采取专业化施工，严抓竣工阶段的质量验收。节能工程施工对技术提出了更高要求，只有提高施工专业性，才能避免出现技术问题，有效保证工程质量。目前，建筑工程建设多采用分包施工，施工人员素质往往比较低，难以满足节能施工要求，为此建设单位应选择具有节能施工经验、具有较高专业性的施工单位，促使节能工程质量有所提升［5］。与此同时，竣工后需加强质量验收工作，做好工程的质量监督，为提升工程质量把好最后一关。
(3)构建建筑节能检测体系，完善质量监督管理体系。节能检测主要对节能效果进行检验，保证各节能材料性能符合标准，建筑实体满足施工质量要求，对于建筑节能工程而言，节能检测是施工过程中重要的监督管理工作。为保证检测结果更具说服力，需构建节能检测体系，由资质检查机构承担检测工作，制定计量认证标准。此外，质量监督的管理体系需有所完善，建立质量控制机制，依据监督要点实施管理。
4结语
建筑节能工程项目的广泛普及，降低了建筑能耗，为节约型社会的创建开创了有利条件。然而，节能工程建设中仍存在某些问题，比如说建设单位随意更改设计、节能材料质量得不到有效控制、节能施工存在不规范行为等。基于此，加强工程质量监督，以参建单位资质、设计与方案、材料与设备、施工过程、竣工验收等作为监督要点，加大监督力度，严格按照节能建设规范要求，避免不良行为，提升工程的建设质量。
参考文献
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能量管理策略范文第3篇
[关键词]混合动力汽车，优化，能量控制策略
中图分类号：U336 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0038-01
近些年，现代交通系统不断完善，汽车已成为人民首选的出行工具，随之出现的是石油需求不断增长，然而石油是不可再生资源。面对日益严重的石油危机，全球气候变暖等诸多问题。新能源电动车作为一种搭载清洁能源，对环境友好、对自然消耗率小的新兴汽车，吸引了诸多企业。汽车制造商纷纷开始进行相关的研究。如今混合动力汽车发展迅猛，众多汽车生产商将其作为公司发展新的战略阵地。
混合动力汽车主要包括两种能量流，其一是发动力的动能能量流，其二为电动机的电能量流。能量管理系统的目标主要是提高车辆的燃油经济型，减少排放，同时不削弱车辆的加速能力，爬坡能力，与此同时在成本上加以控制。理想的能量优化控制策略能够保证混合动力汽车在多动力源共同作用下实现模式切换与功率分配，使能量管理系统对多股动力适时切换转变。
混合动力汽车分类多种多样，按照发动机及点动力功率大小可分为里程延长型、双模式型、动力辅。按照运行模式的不同，可分为发动机开/关模式型、发动机连续运行模式型。按照发动机及电动机是否布置在同一轴线上，混合动力汽车可分为单轴型与双轴型。根据动力源数量及动力系统结构形式，分为串联式、并联式、混联式。本文主要从动力源数量分类角度，对串联式、并联式、混联式混合动力汽车能源优化控制策略进行分析与阐述。[1]
1.串联型混合动力汽车主要依靠电动机提供动力，发动机带动发电机进行发电，因此发动机只是辅助动力源。在车辆起步时，由于蓄电池电能充足，故只需蓄电池为电动机提供能量，电能传递到电动机，电动机经过传动装置驱动车辆运动。其中发动机的主要用途是将燃料中的化学能转变成为机械能，再次化为电能，当车辆所需的动力减小时，发动机的额外能量可带动发电机发电将电能储存至蓄电池中，在整个能量装置及系统当中，电动机起主要作用。但是由于能源经过多种转换，整个过程中综合效率比较低，所以燃油经济性改善有限，因此在混合动力汽车上串联式很少见。串联式的控制策略有恒温模式，发动机跟踪模式及基于规则型策略。
（1）恒温控制：当电池剩余电量SOC低于设定的门限制值时，发动机开始工作，在最低油耗点（或者在最低排放点）处工作，发动机提供的功率一部分用于车辆行驶的驱动，另一部分向蓄电池充电，在这种模式之下，在蓄电池充放电过程中有较多的能量损失，且蓄电池要满足所有瞬时功率要求，对发动机有利，对蓄电池不利。
（2）发动机跟踪模式及基于规则型策略：发动机提供的功率要根据车辆所需功率变化而变化，与传统汽车相似，在充放电过程中功率损失减小，发动机要在较短时间做出相应，发动机在从低到高整个负荷区间内工作，这会影响发动机的燃油经济性与排放性能，解决方法可采用自动无极自动变速机器CVT，通过改变CVT速比，使发动机在最小油耗线处工作，同时减少排放，上述模式结合起来，使发动机在经济区间内工作，减少排放，同时电池也在高效区工作。[2-6]
2.并联式混合动力汽车当中，车辆采用两套独立的传动装置驱动车辆运动。具有发动机单独驱动、电动机单独驱动、电力混合驱动三种不同工作模式。并联式混合动力汽车作为一种将电力作为辅助动力的燃油车，当发动力所提供的功率大于汽车正常行驶、制动所欲要的能量时，发电机处发电状态，将发动机提供的剩余能量存入蓄电池。当车辆处于加速或爬坡状态是需要较大的驱动力，发动机与电动机共同工作，保证车辆所需驱动力。当车辆处于低速工况，如城市工况，由于发动机在此类工况下不能在经济工作区工作，因此由电动机提供车辆的驱动力。并联式混合动力汽车的控制优化策略包括逻辑门控制策略、瞬时优化，全局优化，智能算法四种。这里主要介绍瞬时控制策略及全局优化控制策略。
（1）瞬时控制策略：通过实时计算发动机和电动机在不同功率分配组合和不同工作点处的瞬时燃油消耗率和排放，电动机等效油耗与发动机实际油耗合称为名义油耗，在保证名义油耗最小的前提下，来确定最佳混合动力系统工作模式和工作点。具体如下，在某一时刻将电动机消耗电量折算成为发动机提供等量能量消耗的燃油和排放，再加上制动回收的能量与发动机时间消耗的燃油与排放，建立油耗模型与排放模型，计算其最小值，并将此最小值作为该工况下最优工作点。
（2）全局优化控制策略：应用最优方法与最优控制理论开发出来的混合驱动驱动力分配控制策略。建立以整车燃油经济性与排放为目标、系统状态量为约束全局优化模型，即动态最优控制，运用相关优化方法计算求得最优的混合动力分配策略。[7-11]
3.混联式混合动力汽车在结构上综合了串联式及并联式的特点，与此同时结合了上述两种方式混合动力汽车的优点，但在结构上相对复杂，增加了制造成本。
混联式的控制策略有发动机恒工作点策略和发动机最优工作曲线策略。
（1）发动机恒工作点策略：该控制策略是指在车辆上采用行星齿轮作为传动机构，发动机的转速不随车轮转速变化而变化，使发动机在最优工作点工作，提供恒定的转矩，剩余转矩由机提供，在加速或爬坡时由电机提供，避免动态调节对发动机的损害，且电动机控制更加灵敏，发硬速度快。
（2）发动机最优工作曲线策略：使发动机工作在万有特性油耗线上，从静态万有特性曲线出发，在跟踪条件决定的最优工作曲线上工作，在所需功率或转矩高于某个设定值时发动机才会开始工作。发动机停止工作后，离合器脱开啮合或接合，在发电机产生的电流超过蓄电池所能接受的电流时或驱动电流超过电机或电池接受能力时，调节发动机的工作点。[12-14]
结束语
本文系统论述了现今混合动力汽车的能量优化控制策略并分析其利与弊，现今混合动力汽车由于其自身的优越性得到了越来越多人民群众的青睐，而能量优化控制算法的发展将进一步提高混合动力汽车的经济性与动力性，从而进一步推动对混合动力汽车的发展。
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能量管理策略范文第4篇
关键词：无线传感器网络；节能优化；能量空洞；路由优化
1引言
无线传感器网络(wireless Sensor Network，WSN)是由部署在监测区域内的大量的微型传感器节点组成,用一种无线通信的方式构成一个类似于Ad-hoc的多跳的自组织通信网络系统，为了能够更好地协作地感知、采集和处理网络中被监测对象的信息，并发送数据给控制方。
无线传感器网络与目前已有的移动通信网、无线局域网、Ad-hoc网络等比较起来，其特点主要有：
1.大规模部署：无线传感器网络一般由几十到几百个无线传感器网络节点组成、采用无线通信、动态组网的方式形成多跳的移动对等网。无线传感器网络能使网络节点分布在很大的地理区域内，能够在一定范围内部署大密度的节点。无线传感器网络的在规模布置的优点有：采集信息有较大的信噪比;监测的精确度提高;系统的容错性提高;空洞或盲区的面积减少。
2、网络应用相关：无线传感器网络与传统网络是不同的，主要表现在基于无线传感器网络节点电池管理的无线传感器网络分簇路由算法研究网络协议、硬件平台和软件系统的不同。
3、电源能量有限：由于无线传感器节点体积微小，因而节点电源容量非常有限。研究线传感器网络的节能优化技术，提高无线传感器网络的单位节点的工作时间，节省传感器节点的能耗和采用合理的网络协议达到均衡消耗网络能量目的，对于延长无线传感器网络的生命周期显得尤其重要。这是无线传感器网络应用面临的最重要的挑战。
2无线传感器网络节点结构及能耗分析
一般来说，无线传感器网络是由成百上千个具有感知和通信功能的传感器节点组成的。这些体积微小、价格低廉的传感器节点主要有四个基本组成部分，包括处理器模块、传感器模块、无线通信模块和能量供应模块。
传感器模块通常是由两个子系统组成：传感器和模/数转换器。传感器节点通过观察和感知周围环境信息生成模拟信号，再通过A/D转换成为数字信号；微处理器和存储器两个子系统组成了处理器模块，微处理器是用来对本地信息进行处理，存储器是用来管理传感器节点接收来自其它任务节点的数据；无线通信模块通过交换信息，负责与邻近节点进行通信；能量模块是传感器节点一个非常重要的组成部分，用以为其他的传感器节点的组成部分提供能量。另外，根据网络应用需要，不同的传感器节点还可能包括定位系统、移动管理系统、能源再生系统等一些其他组成部件。一般传感器节点的无线收发装置存在发送、接收、空闲、睡眠四种工作状态。其中。通信能耗是传感器节点消耗能量最多的部分，数据处理能耗次之。有实验数据显示，节点发送1bit的信息数据所消耗电能足以处理器执行3000条计算机指令。而发送/接收能耗又占据通信能耗的主要部分，所以降低节点的发送和接收能耗是无线传感器网络节能优化技术的重要内容。空闲状态也具有较高功耗，几乎与接收状态相同，但可以采用节点空闲/睡眠调度机制使得在无线收发装置处于空闲状态时，尽可能将关闭该网络节点，转换为睡眠状态。
3无线传感器网络的主要性能评价指标
设计一个无线传感器网络的路由协议的目标是，能够建立能量有效性路径，提高路由的容错能力，形成可靠数据转发机制，延长网络生命周期。而评价一个无线传感器网络路由设计性能的好坏，一般包含网络生命期、传输延迟、路径容错性、可扩展性，鲁棒性，安全性等性能指标。其中，本文主要研究的是无线传感器网络的节点优化技术，主要关心的是网络生命周期指标。
网络生命周期是无线传感器网络有效生存时间和网络实用价值的体现，这一评价指标相当程度上反映了网络能耗问题。可以采用第一节点死亡时间，即无线网络从开始正常运行到第一个节点由于能量耗尽而消亡所经历的时间，或网络分裂时间。此外，优化路由协议，提高数据交付率，降低数据延时性等指标，都可以减少数据交付时的能量消耗，所以也可以提高这些性能指标，从而达到节能优化的目的，延长无线传感网络节点的生命周期。
4无线传感器网络的节能优化技术研究
4.1能量空洞问题
无线传感器网络的建立和无线网络节点之间的通信不依赖于固定的通信基础设施，通常情况下无线网络节点处于未知的恶劣的环境中，通过分布式的网络协议自行组网，同时也根据节点的增加、减少或移动，以及节点剩余能量和发射信号范围的变化等因素，自动地调整网络拓扑结构。这些环节正常运转都需要能量，通常只能依靠电池来提供有限的能量，能源无法替代也无法进行二次补充。
一般将传感器节点由于能量耗尽等原因引起的节点不能正常工作的情况定义为节点死亡。无线传感器网络中的节点很可能会由于外界恶劣条件的影响或因自身的脆弱性或是能量不足而导致节点死亡。通常传感器节点将数据以多跳方式传输给离它最近的节点，一般来说，负载较大的节点越容易早早死亡;在死亡节点附近的其它节点由于需要中继己经死亡节点应该承担的数据转发任务，从而进一步加快这一区域节点的死亡速度，最终形成了一块没有传感器节点覆盖的区域，形成监测空白，产生了能量空洞。
能量空洞的实质主要在于网络中某局部区域的能量消耗水平高于平均能量消耗水平。因此，研究无线网络能量空洞问题，不仅要尽可能的降低无线传感器节点自身的能量消耗，更要注重保持整个网络内节点间能量消耗的均衡，实现对网络寿命的优化。
4.2基于参数设置的能量空洞避免策略
通过对无线传感器网络的基础参数的设置，能够有效的避免能量空洞问题的发生。
1．设置无线基站的数目和分布：无线传感器网络中基站的作用是管理节点任务和处理从各个节点汇聚而来的监测数据，因此，基站一般需要拥有更强的数据处理和通讯能力以及更持久的能量，基站部署的位置和数量直接关系到无线传感器网络的应用和寿命。
2．设置基于数据融合的策略：大量的单向数据涌向基站是造成无线传感器网络能量空洞问题的重要原因。在无线网络内部采用数据融合机制可以减少单向数据流量，减轻热点节点的负载。
3．设 置基于部署知识的非均匀分布策略：考虑能量空洞和网络生命期问题，可以在部署知识的基础上采取非均匀分布策略。比如根据距离基站由远到近设置节点不同初始能量的非均匀分布策略，也可以根据距离基站由远到近设置不同密度的传感器节点分布策略，在距离基站较近范围内的节点密度大于距离基站较远范围内的节点密度，这些增加的节点可以仅仅作为中继节点向基站转发数据。
4.3基于路由转移优化的能量空洞避免策略
多路径路由策略提高网络可靠性的同时，特别适合能量受限网络节点间的能量负载均衡。源节点同时维护去往目的节点的多条路径，通过周期性的在多条路径间转发数据，只有当所有路径都失效的情况发生时，才需发起路由重建。多路径路由技术是通过使用高内存复杂度来换取网络生命期和低通信复杂度，该技术降低了路由请求频率和数据等待延时，对于能量空洞这一影响网络生命期的难题，在很大程度上得以延缓。
针对使用广泛无线传感器网络的集中式数据收集，多跳传输模型和“多对一”通信方式的特征以及随之而来的网络能量空洞问题，能在全网范围内均衡能量的多路径路由算法适用于解决该问题。该算法主要具有以下几个特点：1.算法基于分层网络模型建立，节点维护到达基站节点的最短路径，可以保证数据包具有较低的时延；2.算法依据路径关键能量构建能量平衡网络，能在节点间平衡能量，可以减缓能量空洞问题；3.算法基于局部拓扑信息，提供了局部修复机制，具有一定的容错性和鲁棒性；4.算法具有可扩展性，也可以考虑将其他性能参数作为随机权重均衡的权值。
5 结论
无线传感器网络作为一种新型的具有广泛应用前景的无线自适应网络，如何通过降低无线传感器网络节点的能耗来延长传感器网络的生命期，考虑基于参数设置的能量空洞避免策略，研究和设计具有负载均衡和能量感知的路由协议，来提高无线传感器网络的生命周期。
参考文献：
[1]于海斌,曾鹏等,智能无线传感器网络系统,北京,科学出版社,2006.1:5-6.
[2]任丰原,黄海宁,林闯,无线传感器网络,软件学报,2003,14（7）:1282-1291.
能量管理策略范文第5篇
根据应用的不同，微电网的基本结构也不尽相同。但是，一般来说，基本都包含微电源、储能、管理系统以及负荷四大部分。微电源一方面通过公共连接点(PCC)与大电网相连接，另一方面采用逆变器和负荷相连。当大电网工作状态稳定时，微电网负载可由大电网供电，微电网与大电网并网运行，而当大电网供电中断或运行状态出现问题时，则隔离开关打开，切断微电网与大电网的连接，微电网转入孤岛运行状态。在微电网和大电网的接口处均配有断路器，并辅之以具有功率和电压控制功能的控制器，以实现能量的初步管理。每一个微电源具有包括有功、无功、电压、频率、孤岛等能量调节管理的控制方式。微电网的基本结构如图1所示，能量管理系统作为整个系统的管理中心，必须具有对各种参数(系统电压、电流、有功、无功、频率、功率因数等)的管理功能，对微电源、储能装置、负荷的控制功能等。
1.1数据管理功能管理系统内设数据库，库内存放着各设备的标准运行数据、历史运行数据、统计数据等，主要功能是记录实时运行数据，并且利用相应的功能软件对实时运行数据的状态进行统计和分析。
1.2微电网运行模式管理微电网的运行模式分为并网和离网运行两种情况，管理系统根据系统要求对这两种运行模式进行有效的切换。当微电网需要并网运行时，管理系统对大电网的运行参数进行分析，如果大电网运行状态良好，管理系统就将微电网平滑地从离网运行状态切换至并网运行状态，而且管理系统开始实时地对微网和大电网的运行状态进行监检和数据分析；当管理系统监测到大电网运行数据严重偏离标准值时，管理系统视故障的严重程度决策运行方式，或者对大电网的运行参数进行一定程度的调节后，依旧保持并网运行，或者切断与主网的联系，进入孤岛运行；当微电网需要进行孤岛运行时，也由管理系统进行工作状态的切换。以上各种切换都应是平滑地无缝切换。
1.3对微电源的控制功能利用管理系统对微电源的工作方式进行控制的依据是用电需求的变化，当微电网内的负荷需求较小时，能量管理系统调低微电源的输出功率，以达到节能的目的，而当负荷较大时，管理系统调高微电源的输出功率，以满足系统的要求。而当管理系统中的检测数据显示蓄电池充满时，管理系统关闭微电源，利用蓄电池放电给系统供电。
1.4储能装置的管理蓄电池的工作状态是微电网稳定运行的基础。管理系统内嵌SOC算法模型，实现对蓄电池的充放电、电压值、功率值的管理，并根据系统的需要，设置相应的控制方式，从而完成蓄电池的有功功率、无功功率的调节。
1.5负荷管理微电网的负荷是微电网的用电中心，决定着微电源出力的多少，管理系统的责任是保持微电源与负荷之间的平衡，以确保微电网在负荷发生变化时，系统能够稳定地运行。
2能量管理系统功率控制策略的确定
微电网中的微电源大致可以分为三类：一类是可再生性能源，主要有光伏发电、风力电力、生物质能发电等；一类是传统发电模式，如柴油发电机、小水电等；另一类是新兴的发电模式，如燃料电池、微型燃气轮机等。这三类发电方式，都需要通过逆变器变换为工频变流电，因此，基于电力电子技术的逆变器的工作状态成为能量管理的关键。逆变器作为微电网与大电网之间的接口，最主要的功能就是控制输出的有功功率和无功功率。控制方法主要有PQ控制法、下垂(Droop)控制等，控制策略分为主从型和对等型两种方式。本设计采用的是对等型的Droop控制法。在微电网中，各个分布式电源(DG)没有主次、从属关系，所有的微电源采取相同或不同的控制方法来参与有功或无功功率的调节，并以实际电网中各种实时监测的电气量为依据，进行系统电压和频率的协调。对等型控制框图如图2所示。从图2可知，对等控制中各个微电源相互独立，在电压和频率等参数进行调节的过程中，只需进行自身输出端电气量的监测，不用对其他微电源的运行状态进行衡量，从而保证了系统的可靠性。在本设计中，每一个微电源的逆变器采用Droop控制方法，基本策略是模仿传统发动机的下垂特性，通过解耦有功功率-无功功率与电压-频率之间的关系进行系统电压和频率调节。该方法的优点是在并网和离网两种模式切换时无需改变控制方式，就可维持微网电压和频率的稳定，从而保证系统的有功负载进行合理的分配。
3CAN总线结构分析
在微电网中，电源的种类多，其中可持续性绿色电源占据一定的比重，但是这一类电源受环境影响大，工作状态不够稳定，因此需要对微电网中的微电源进行有效地监控，而且由于数据量大且实时性高，所以监控系统的通信功能必须满足系统的基本要求。根据微电网的基本要求，本设计采用基于CAN总线的通信结构，利用CAN总线来连接逆变器，而在通信结构中，利用可编程逻辑器件CPLD完成DSP处理器TMS320F240与CAN控制器SJA1000之间的接口设计[2]。通讯结构图如图3所示，微电网的控制策略由DSP担任电气量的计算，计算结果通过CAN总线传送至控制中心，控制中心根据相应的计算结果将控制命令通过CAN总线传送至下位机，从而实现对微电源的有效监控。
4总结
