[发明专利]一种面向移动设备的充电调度方法及装置

权利要求书

1.一种面向移动设备的充电调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S101：构建网络模型及充电模型，根据所述网络模型及充电模型，构建所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型；

步骤S102：对可充电设备的充电功率进行分段常数近似处理，对所述可充电设备的移动路径进行离散化处理，对充电效用进行近似处理；对所述所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型进行重构和初步求解；

步骤S103：对所述所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型的变种问题进行求解；

所述步骤S101：构建网络模型，包括：

M个充电器部署在二维区域中，用C＝{c₁,c₂,…，c_i，…，c_M}表示充电器的集合；用S＝{s₁,s₂,…，s_j,…，s_N}表示网络中的N个可充电设备；

用L＝{L_j}表示预测得到的可充电设备的路线集合，路线L_j对应于可充电设备s_j的移动路径，1≤j≤N，1≤i≤M；

对任意可充电设备s_j，用(x[s_j],y[s_j])表示它的坐标位置，充电器c_i的位置用(x[c_i],y[c_i])表示，所述充电器c_i和可充电设备s_j之间的欧几里得距离为

则所述网络模型表示为：Net＝(C,S,L),其中C为充电器集合，S为可充电设备集合，L为路线集合；

所述步骤S101中，构造所述充电模型，包括：

假设每个充电器可以灵活地调节它的发射功率，充电器c_i的发射功率用p_i表示，且可以在0到T+1的不同档位上调节；定义p_i＝p(h_i)＝p_min·h_i，其中是充电器c_i的发射功率档位，p_min是充电器能够调节的最小发射功率；用表示发射功率的档位集合，h_i＝0表示充电器是关闭状态，表示充电器是工作状态；

使用如下的经验充电模型：

α和β是与充电器硬件电路设备以及外部环境相关的常量参数；将能够用于存储的充电最低接收功率用P_th表示，并且有

其中D(h_i)是在功率档位为h_i时，充电有效的最大间隔距离；

即充电器c_i的功率档位决定了最大的充电半径，因而可充电的范围是以充电器c_i为圆心，以D(h_i)为半径的圆盘；

可充电设备在其移动轨迹上的速度表示为常数，以v_j表示可充电设备s_j在路线L_j上的移动速度，则|L_j|/v_j表示移动的时间,因此s_j从c_i上收集到的总能量E_r(c_i,s_j)表示为

其中，t为时间，dt为时间微分，l为距离，dl为距离微分，考虑可充电设备可能位于多个充电器的充电范围，即已经充电的充电器集合同时给可充电设备s_j充电，则s_j的充电接收功率为

累积的接收能量为

所述步骤S101中，所述根据所述网络模型及充电模型，构建所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型，包括：

每个可充电设备因为电池容量的大小都会有接收能量上限，用E_j表示s_j的接收能量上限；充电效用为

U(C′，s_j)＝min{E_r(C′，s_j)，E_j} (2)

给定已经工作的充电器集合以及它们的充电调度策略H，进而定义所有可充电设备的充电效用

充电器的工作供能状态带来一定的成本，需要在给定充电服务预算的前提下，即总预算成本为B，通过调度充电器的工作状态，最大化可充电设备的充电效用；所有可充电设备的充电效用最大化的问题模型为：

P1：max U(C′，H)

所述步骤S102中，对可充电设备的充电功率进行分段常数近似处理，包括：

充电器处于关闭状态或者在固定的功率档位工作状态下切换，用P_r(d)表示可充电设备与充电器距离为d时的接收功率；

基于公式(1)，使用来近似处理P_r(d)；

具有以下定义：

定义1：设置l(0)＝0，l(K)＝D，则分段常数接收功率函数表示为

其中，P_r(l(1))表示距离为l(1)时的充电功率；P_r(l(k))表示距离为l(k)为时的充电功率，D为最大充电距离；

以正数参数ε来表示功率近似处理误差大小，有如下的引理：

引理1.设置

l(0)＝0，l(K)＝D，

得到近似处理误差其中d≤D；

所述步骤S102中，将可充电设备的移动路线离散化处理，包括：

可充电设备s_j沿着路线L_j移动并且位于充电器c_i的充电范围内，路线L_j根据接收功率大小被分成多个线段；以c_i为圆心，以l(0)，l(2)，...，l(K_i)，为半径，构造同心圆；l₀ⁱ是在路线L_j上与圆心c_i距离最近的点；分析圆内一半的路线

表示路线L_j与同心圆的g个交点，得到关系：

其中为点，为另一点，为两点之间的线段距离，Δl_k为被同心圆切分路线的第k个线段，为同心圆圆心与端点之间的距离

从而分割的路线表示为

进而，任意分段路线上的累积充电效用表示为

由于对称性，得到2×G_i个线段；因此，接收的全部充电效用表示为累积求和：

所述对充电效用进行近似处理，包括：

对于单充电器情形，若可充电设备s_j被单充电器c_i充电，对于任意线段来说，可充电传感能够接收到的充电功率为其中，为可充电设备s_j从充电器c_i上接收的近似充电功率，l_kⁱ为线段的一个端点，为在点l_kⁱ处接收到充电器c_i的充电功率；使用代替P_r(c_i，s_j)，并且可以得到近似处理后的充电效用

具有以下定理，定理1：

若用表示可充电设备s_j从充电器c_i接收到的近似处理后的充电效用，由于可充电设备s_j的路线被分割成2×G_i的线段，因此有

近似处理后的误差为

其中，ε为大于0的参数。