高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法及系统技术方案

技术编号:13464001 阅读:63 留言:0更新日期:2016-08-04 17:52
一种高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法及系统,包括步骤:A、收集能量,通过能量采集单元将电能传输到能量储存单元中;B、传感网负载系统的检测单元实时检测本节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要度;C、传感网能量调度系统的能量利用状态汇聚单元汇集各节点的节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要度,以及能量采集单元当前电压值,能量储存单元的当前能量值;D、根据各节点的净剩能量、传输数据重要度和实时性要求,确定各节点的能量需求权重;E、根据各节点的能量需求权重,确定各节点分配的能量,并给传感网负载各节点的储能单元进行能量配给。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法及系统,包括步骤:A、收集能量,通过能量采集单元将电能传输到能量储存单元中;B、传感网负载系统的检测单元实时检测本节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要度;C、传感网能量调度系统的能量利用状态汇聚单元汇集各节点的节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要度,以及能量采集单元当前电压值,能量储存单元的当前能量值;D、根据各节点的净剩能量、传输数据重要度和实时性要求,确定各节点的能量需求权重;E、根据各节点的能量需求权重,确定各节点分配的能量,并给传感网负载各节点的储能单元进行能量配给。【专利说明】高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法及系统
本专利技术设及交通设施领域,特别是设及到监测交通设施的传感器网络技术。
技术介绍
传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络,运些装置 使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况(比如溫度、声音、振动、压力、运动或污 染物)。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被 应用于很多民用领域,如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、W及交通控制等。 如今中国的高速铁路技术发展迅速,高铁覆盖率、延伸长度日新月异,对于高速铁 路基础设施的监测也日渐重要,其中能量管理技术的研究和应用对高速铁路的基础设施监 测检测传感网的大规模应用提出很大挑战。在边远地区或者电力供应困难的铁路沿线,通 常使用光伏发电等新能源供电的方式来进行能量收集、储存和使用,光伏发电系统的发电 效率和能量分配方式对提高整个系统的效率和稳定性至关重要。光伏发电系统的发电效率 会影响发电总量,提高发电效率可W节约系统成本;能量分配策略会影响能量利用效率,当 各节点能量自发自用时,如果该节点耗能过小,会导致所发能量超过蓄电池容量而造成能 量浪费,如果该节点耗能过大,会导致所发电量不够用导致蓄电池能量耗尽节点失效。 提高光伏发电最大发电效率是通过MPPT(最大功率点跟踪)技术实现的。光伏发电 输出功率特性曲线为单峰值曲线,在最大功率点处功率对电压的导数为零,采用变步长导 纳增量法,在远离最大功率点附近时,采用较大的固定步长进行跟踪,保证跟踪的快速性; 在靠近最大功率点附近时,采用步长逐渐减小的变步长进行跟踪,保证跟踪的稳定性。通过 基于变步长导纳增量的MPPT控制算法,使系统在外界环境变化的情况下,稳定的工作在最 大功率点附近,使系统的发电效率最高。 目前,大部分传感网节点使用光伏供电时,都采用单节点发电-供电的模式,运样 会导致能量浪费或者节点因能量耗尽而失效。集中式发电,按需进行能量调度的能量管理 模式可W很好的解决运一问题,综合考虑各节点的剩余能量、功率及所传输数据的重要性 等因素,确定能量分配的方案,保证能量供给的均衡性,当某个节点耗能小时,分配能量较 少,避免单点电池充满导致所发能量浪费;当某个节点耗能较大时,分配能量较大,避免单 点电池能量耗尽导致的节点失效。 本专利技术针对无线传感网能量供给不足进而影响传感网系统稳定性问题,研究一种 合理有效的基于MPPT控制的光伏发电系统与无线传感网系统结合,并采用能量优化管理调 度的方法,在传统电力供应不足的情况下实现高速铁路基础设施服役状态监测检测传感网 系统的高效、持续、稳定运行,对高铁运行状态进行实时监控,确保高速铁路的安全运营。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术针对无线传感网能量供给不足进而影响传感网系统稳定性问题, 研究一种合理有效的基于MPPT控制的光伏发电系统与无线传感网系统结合,并采用能量优 化管理调度的方法,在传统电力供应不足的情况下实现高速铁路基础设施服役状态监测检 测传感网系统的高效、持续、稳定运行,对高铁运行状态进行实时监控,确保高速铁路的安 全运营。 为了实现此目的,本专利技术采取的技术方案如下: -种高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法,包括步骤: A、传感网主电源系统先通过能量采集单元收集能量,通过能量采集单元将电能传 输到能量储存单元中; B、传感网负载系统的检测单元实时检测本节点当前时刻的初始能量、传输耗能和 传输数据的重要度; C、传感网能量调度系统的能量利用状态汇聚单元汇集各节点的节点当前时刻的 初始能量、传输耗能和传输数据的重要度,W及能量采集单元当前电压值,能量储存单元的 当前能量值; D、根据各节点的净剩能量、传输数据重要度和实时性要求,确定各节点的能量需 求权重; E、根据各节点的能量需求权重,确定各节点分配的能量,并给传感网负载各节点 的储能单元进行能量配给。 其中,步骤D中,根据各节点的净剩能量、传输数据重要度和实时性要求,确定各节 点的能量需求权重包括: 各节点当前时刻分配到的能量值大于该节点传输耗能, 传感网内各节点净剩能量保持均衡, 传输数据重要度高的数据能量分配优先级最高,所传输数据实时性要求高的数据 能量分配优先级次之,传感网节点剩余能量少的节点能量分配优先级最低。 此外,步骤E后,进一步包括:根据储能系统总能量的变化来动态调整能量需求权 重系数,具体为: 其中《'为调整后的能量需求权重系数,、是调整前的能量需求权重系数,而EtU) 为储能系统总能量。 此外,本专利技术还保护另一种技术方案,具体如下: -种高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理系统,所述系统包括能量采集单 元、能量储存单元、检测单元,能量利用状态汇聚单元、能量需求权重确定单元和能量配给 单元,其中, 能量采集单元用于收集能量,通过能量采集单元将电能传输到能量储存单元中; 检测单元用于实时检测本节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要 度; 能量利用状态汇聚单元用于汇集各节点的节点当前时刻的初始能量、传输耗能和 传输数据的重要度,W及能量采集单元当前电压值,能量储存单元的当前能量值; 能量需求权重确定单元用于根据各节点的净剩能量、传输数据重要度和实时性要 求,确定各节点的能量需求权重; 能量配给单元用于根据各节点的能量需求权重,确定各节点分配的能量,并给传 感网负载各节点的储能单元进行能量配给。 通过采用本专利技术的高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法及系统,针对 高速铁路基础设施检测传感网能量管理问题,采用"集中发电、动态调配"的方法对能量进 行动态分配,从而可W根据节点的剩余能量、传输数据的优先级及实时性要求等指标要求 动态调配能量,避免了传统单个节点独立供电导致的个别节点由于能量耗尽过早死亡,个 别节点由于耗能较少导致能量浪费等问题。因此,本专利技术的高速铁路基础设施监测传感网 节点能量管理方法及系统对传感网的稳定和持续的能量供给提供了保证,有效提高了传感 网的使用稳定性。【附图说明】 图1为本专利技术【具体实施方式】中高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法的 流程图。 图2是本专利技术【具体实施方式】中高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法总 体结构图。 图3是本专利技术【具体实施方式】中基于光伏发电的高速铁路基础设施监测传感网节点 能量管理方法实例实现流程图。【具体实施方式】 下面结合附图,对本专利技术作详细说明。 W下公开详细的示范实施例。然而,此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于 描述示范实本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种高速铁路基础设施监测传感网节点能量管理方法,包括步骤:A、传感网主电源系统先通过能量采集单元收集能量,通过能量采集单元将电能传输到能量储存单元中;B、传感网负载系统的检测单元实时检测本节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要度;C、传感网能量调度系统的能量利用状态汇聚单元汇集各节点的节点当前时刻的初始能量、传输耗能和传输数据的重要度,以及能量采集单元当前电压值,能量储存单元的当前能量值;D、根据各节点的净剩能量、传输数据重要度和实时性要求,确定各节点的能量需求权重;E、根据各节点的能量需求权重,确定各节点分配的能量,并给传感网负载各节点的储能单元进行能量配给。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:贾利民马小平董宏辉秦勇张馨文李鹏刘峰滕志伟
申请(专利权)人:北京交通大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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