电动汽车快速采用(EVS)要求广泛安装EV充电站。为了最大限度地提高充电站的盈利能力,提供充电和电网服务的智能控制器实际上很需要。然而,由于不确定的到达时间和EVS的充电需求,确定最佳充电时间表具有挑战性。在本文中,我们提出了一种新的集中分配和分散执行(CADE)强化学习(RL)框架,以最大限度地提高收费站的利润。在集中分配过程中,EVS被分配给等待或充电点。在分散的执行过程中,每个充电器都在学习来自共享重放内存的动作值函数的同时使其自己的充电/放电决定。该CADE框架显着提高了RL算法的可扩展性和采样效率。数值结果表明,所提出的CADE框架既有计算高效且可扩展,显着优于基线模型预测控制(MPC)。我们还提供了对学习的动作值的深入分析,以解释加强学习代理的内部工作。
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本文解决了当参与需求响应(DR)时优化电动汽车(EV)的充电/排放时间表的问题。由于电动汽车的剩余能量,到达和出发时间以及未来的电价中存在不确定性,因此很难做出充电决定以最大程度地减少充电成本,同时保证电动汽车的电池最先进(SOC)在内某些范围。为了解决这一难题,本文将EV充电调度问题制定为Markov决策过程(CMDP)。通过协同结合增强的Lagrangian方法和软演员评论家算法,本文提出了一种新型安全的非政策钢筋学习方法(RL)方法来解决CMDP。通过Lagrangian值函数以策略梯度方式更新Actor网络。采用双重危机网络来同步估计动作值函数,以避免高估偏差。所提出的算法不需要强烈的凸度保证,可以保证被检查的问题,并且是有效的样本。现实世界中电价的全面数值实验表明,我们提出的算法可以实现高解决方案最佳性和约束依从性。
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智能能源网络提供了一种有效的手段,可容纳可变可再生能源(例如太阳能和风能)的高渗透率,这是能源生产深度脱碳的关键。但是,鉴于可再生能源以及能源需求的可变性,必须制定有效的控制和能源存储方案来管理可变的能源产生并实现所需的系统经济学和环境目标。在本文中,我们引入了由电池和氢能存储组成的混合储能系统,以处理与电价,可再生能源生产和消费有关的不确定性。我们旨在提高可再生能源利用率,并最大程度地减少能源成本和碳排放,同时确保网络内的能源可靠性和稳定性。为了实现这一目标,我们提出了一种多代理的深层确定性政策梯度方法,这是一种基于强化的基于强化学习的控制策略,可实时优化混合能源存储系统和能源需求的调度。提出的方法是无模型的,不需要明确的知识和智能能源网络环境的严格数学模型。基于现实世界数据的仿真结果表明:(i)混合储能系统和能源需求的集成和优化操作可将碳排放量减少78.69%,将成本节省的成本储蓄提高23.5%,可续订的能源利用率比13.2%以上。其他基线模型和(ii)所提出的算法优于最先进的自学习算法,例如Deep-Q网络。
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单位承诺(UC)是日期电力市场中的一个基本问题,有效解决UC问题至关重要。 UC问题通常采用数学优化技术,例如动态编程,拉格朗日放松和混合二次二次编程(MIQP)。但是,这些方法的计算时间随着发电机和能源资源的数量而增加,这仍然是行业中的主要瓶颈。人工智能的最新进展证明了加强学习(RL)解决UC问题的能力。不幸的是,当UC问题的大小增长时,现有关于解决RL的UC问题的研究受到维数的诅咒。为了解决这些问题,我们提出了一个优化方法辅助的集合深钢筋学习算法,其中UC问题是作为Markov决策过程(MDP)提出的,并通过集合框架中的多步进深度学习解决。所提出的算法通过解决量身定制的优化问题来确保相对较高的性能和操作约束的满意度来建立候选动作。关于IEEE 118和300总线系统的数值研究表明,我们的算法优于基线RL算法和MIQP。此外,所提出的算法在无法预见的操作条件下显示出强大的概括能力。
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This paper presents a multi-agent Deep Reinforcement Learning (DRL) framework for autonomous control and integration of renewable energy resources into smart power grid systems. In particular, the proposed framework jointly considers demand response (DR) and distributed energy management (DEM) for residential end-users. DR has a widely recognized potential for improving power grid stability and reliability, while at the same time reducing end-users energy bills. However, the conventional DR techniques come with several shortcomings, such as the inability to handle operational uncertainties while incurring end-user disutility, which prevents widespread adoption in real-world applications. The proposed framework addresses these shortcomings by implementing DR and DEM based on real-time pricing strategy that is achieved using deep reinforcement learning. Furthermore, this framework enables the power grid service provider to leverage distributed energy resources (i.e., PV rooftop panels and battery storage) as dispatchable assets to support the smart grid during peak hours, thus achieving management of distributed energy resources. Simulation results based on the Deep Q-Network (DQN) demonstrate significant improvements of the 24-hour accumulative profit for both prosumers and the power grid service provider, as well as major reductions in the utilization of the power grid reserve generators.
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我们考虑了需求侧能源管理的问题,每个家庭都配备了能够在线安排家用电器的智能电表。目的是最大程度地减少实时定价计划下的整体成本。尽管以前的作品引入了集中式方法,在该方法中,调度算法具有完全可观察的性能,但我们提出了将智能网格环境作为马尔可夫游戏的表述。每个家庭都是具有部分可观察性的去中心化代理,可以在现实环境中进行可扩展性和隐私保护。电网操作员产生的价格信号随能量需求而变化。我们提出了从代理商的角度来解决部分可观察性和环境的局部可观察性的扩展,以解决部分可观察性。该算法学习了一位集中批评者,该批评者协调分散的代理商的培训。因此,我们的方法使用集中学习,但分散执行。仿真结果表明,我们的在线深入强化学习方法可以纯粹基于瞬时观察和价格信号来降低所有消耗的总能量的峰值与平均值和所有家庭的电力。
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在本文中,多种子体增强学习用于控制混合能量存储系统,通过最大化可再生能源和交易的价值来降低微电网的能量成本。该代理商必须学习在波动需求,动态批发能源价格和不可预测的可再生能源中,控制三种不同类型的能量存储系统。考虑了两种案例研究:首先看能量存储系统如何在动态定价下更好地整合可再生能源发电,第二种与这些同一代理商如何与聚合剂一起使用,以向自私外部微电网销售能量的能量减少自己的能源票据。这项工作发现,具有分散执行的多代理深度确定性政策梯度的集中学习及其最先进的变体允许多种代理方法显着地比来自单个全局代理的控制更好。还发现,在多种子体方法中使用单独的奖励功能比使用单个控制剂更好。还发现能够与其他微电网交易,而不是卖回实用电网,也发现大大增加了网格的储蓄。
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我们考虑优化无人机中心的分布操作的问题,该驱动器调度无人机对不同地理位置产生随机需求的医疗用品的随机需求。无人机交付是一种创新方法,引入了许多益处,例如低接触的递送,从而降低了大流行和可染色疫苗的传播。虽然我们专注于这项工作的医疗供应,但无人机交付适用于许多其他物品,包括食品,邮政包和电子商务。在本文中,我们的目标是解决与不同地理位置随机需求相关的无人机交付挑战。我们认为与需要不同飞行范围的地理位置的不同课程,其与在无人机电池中保持的电荷量直接相关。我们根据从无人机中心的距离对随机需求进行分类,使用Markov决策过程来模拟问题,并使用代表突出的无人机交付公司的现实数据进行计算测试。我们使用强化学习方法解决问题,并与使用动态编程的确切解决方案相比,其高性能。最后,我们分析结果并提供管理无人机集线器操作的见解。
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由于数据量增加,金融业的快速变化已经彻底改变了数据处理和数据分析的技术,并带来了新的理论和计算挑战。与古典随机控制理论和解决财务决策问题的其他分析方法相比,解决模型假设的财务决策问题,强化学习(RL)的新发展能够充分利用具有更少模型假设的大量财务数据并改善复杂的金融环境中的决策。该调查纸目的旨在审查最近的资金途径的发展和使用RL方法。我们介绍了马尔可夫决策过程,这是许多常用的RL方法的设置。然后引入各种算法,重点介绍不需要任何模型假设的基于价值和基于策略的方法。连接是用神经网络进行的,以扩展框架以包含深的RL算法。我们的调查通过讨论了这些RL算法在金融中各种决策问题中的应用,包括最佳执行,投资组合优化,期权定价和对冲,市场制作,智能订单路由和Robo-Awaring。
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As an efficient way to integrate multiple distributed energy resources and the user side, a microgrid is mainly faced with the problems of small-scale volatility, uncertainty, intermittency and demand-side uncertainty of DERs. The traditional microgrid has a single form and cannot meet the flexible energy dispatch between the complex demand side and the microgrid. In response to this problem, the overall environment of wind power, thermostatically controlled loads, energy storage systems, price-responsive loads and the main grid is proposed. Secondly, the centralized control of the microgrid operation is convenient for the control of the reactive power and voltage of the distributed power supply and the adjustment of the grid frequency. However, there is a problem in that the flexible loads aggregate and generate peaks during the electricity price valley. The existing research takes into account the power constraints of the microgrid and fails to ensure a sufficient supply of electric energy for a single flexible load. This paper considers the response priority of each unit component of TCLs and ESSs on the basis of the overall environment operation of the microgrid so as to ensure the power supply of the flexible load of the microgrid and save the power input cost to the greatest extent. Finally, the simulation optimization of the environment can be expressed as a Markov decision process process. It combines two stages of offline and online operations in the training process. The addition of multiple threads with the lack of historical data learning leads to low learning efficiency. The asynchronous advantage actor-critic with the experience replay pool memory library is added to solve the data correlation and nonstatic distribution problems during training.
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我们研究了在国内捐助服务服务中引起的车辆路由问题的随机变体。我们考虑的问题结合了以下属性。就客户是随机的,但不仅限于预定义的集合,因此请求服务的客户是可变的,因为它们可能出现在给定的服务领域的任何地方。此外,需求量是随机的,并且在拜访客户时会观察到。目的是在满足车辆能力和时间限制的同时最大化预期的服务需求。我们将此问题称为VRP,具有高度可变的客户基础和随机需求(VRP-VCSD)。对于这个问题,我们首先提出了马尔可夫决策过程(MDP)的配方,该制定代表了一位决策者建立所有车辆路线的经典集中决策观点。虽然结果配方却很棘手,但它为我们提供了开发新的MDP公式的地面,我们称其为部分分散。在此公式中,动作空间被车辆分解。但是,由于我们执行相同的车辆特定政策,同时优化集体奖励,因此权力下放是不完整的。我们提出了几种策略,以减少与部分分散的配方相关的国家和行动空间的维度。这些产生了一个更容易解决的问题,我们通过加强学习来解决。特别是,我们开发了一种称为DECQN的Q学习算法,具有最先进的加速技术。我们进行了彻底的计算分析。结果表明,DECN的表现大大优于三个基准策略。此外,我们表明我们的方法可以与针对VRP-VCSD的特定情况开发的专业方法竞争,在该情况下,客户位置和预期需求是事先知道的。
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未来的互联网涉及几种新兴技术,例如5G和5G网络,车辆网络,无人机(UAV)网络和物联网(IOT)。此外,未来的互联网变得异质并分散了许多相关网络实体。每个实体可能需要做出本地决定,以在动态和不确定的网络环境下改善网络性能。最近使用标准学习算法,例如单药强化学习(RL)或深入强化学习(DRL),以使每个网络实体作为代理人通过与未知环境进行互动来自适应地学习最佳决策策略。但是,这种算法未能对网络实体之间的合作或竞争进行建模,而只是将其他实体视为可能导致非平稳性问题的环境的一部分。多机构增强学习(MARL)允许每个网络实体不仅观察环境,还可以观察其他实体的政策来学习其最佳政策。结果,MAL可以显着提高网络实体的学习效率,并且最近已用于解决新兴网络中的各种问题。在本文中,我们因此回顾了MAL在新兴网络中的应用。特别是,我们提供了MARL的教程,以及对MARL在下一代互联网中的应用进行全面调查。特别是,我们首先介绍单代机Agent RL和MARL。然后,我们回顾了MAL在未来互联网中解决新兴问题的许多应用程序。这些问题包括网络访问,传输电源控制,计算卸载,内容缓存,数据包路由,无人机网络的轨迹设计以及网络安全问题。
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The high emission and low energy efficiency caused by internal combustion engines (ICE) have become unacceptable under environmental regulations and the energy crisis. As a promising alternative solution, multi-power source electric vehicles (MPS-EVs) introduce different clean energy systems to improve powertrain efficiency. The energy management strategy (EMS) is a critical technology for MPS-EVs to maximize efficiency, fuel economy, and range. Reinforcement learning (RL) has become an effective methodology for the development of EMS. RL has received continuous attention and research, but there is still a lack of systematic analysis of the design elements of RL-based EMS. To this end, this paper presents an in-depth analysis of the current research on RL-based EMS (RL-EMS) and summarizes the design elements of RL-based EMS. This paper first summarizes the previous applications of RL in EMS from five aspects: algorithm, perception scheme, decision scheme, reward function, and innovative training method. The contribution of advanced algorithms to the training effect is shown, the perception and control schemes in the literature are analyzed in detail, different reward function settings are classified, and innovative training methods with their roles are elaborated. Finally, by comparing the development routes of RL and RL-EMS, this paper identifies the gap between advanced RL solutions and existing RL-EMS. Finally, this paper suggests potential development directions for implementing advanced artificial intelligence (AI) solutions in EMS.
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在本文中,我们介绍了有关典型乘车共享系统中决策优化问题的强化学习方法的全面,深入的调查。涵盖了有关乘车匹配,车辆重新定位,乘车,路由和动态定价主题的论文。在过去的几年中,大多数文献都出现了,并且要继续解决一些核心挑战:模型复杂性,代理协调和多个杠杆的联合优化。因此,我们还引入了流行的数据集和开放式仿真环境,以促进进一步的研发。随后,我们讨论了有关该重要领域的强化学习研究的许多挑战和机会。
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在带有电动车队的乘车系统中,充电是一个复杂的决策过程。大多数电动汽车(EV)出租车服务要求驾驶员做出利己主义决定,从而导致分散的临时充电策略。车辆之间通常缺乏或不共享移动性系统的当前状态,因此无法做出最佳的决定。大多数现有方法都不将时间,位置和持续时间结合到全面的控制算法中,也不适合实时操作。因此,我们提出了一种实时预测性充电方法,用于使用一个名为“闲置时间开发(ITX)”的单个操作员进行乘车服务,该方法预测了车辆闲置并利用这些时期来收获能量的时期。它依靠图形卷积网络和线性分配算法来设计最佳的车辆和充电站配对,以最大程度地提高利用的空闲时间。我们通过对纽约市现实世界数据集的广泛模拟研究评估了我们的方法。结果表明,就货币奖励功能而言,ITX的表现优于所有基线方法至少提高5%(相当于6,000个车辆操作的$ 70,000),该奖励奖励功能的建模旨在复制现实世界中乘车系统的盈利能力。此外,与基线方法相比,ITX可以将延迟至少减少4.68%,并且通常通过促进顾客在整个车队中更好地传播乘客的舒适度。我们的结果还表明,ITX使车辆能够在白天收获能量,稳定电池水平,并增加需求意外激增的弹性。最后,与表现最佳的基线策略相比,峰值负载减少了17.39%,这使网格操作员受益,并为更可持续的电网使用铺平了道路。
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如今,微电网(MG)具有可再生能源的应用越来越广泛,这对动态能量管理产生了强烈的需求。在本文中,深入强化学习(DRL)用于学习最佳政策,以在孤立的毫克中制定联合能源调度(ED)和单位承诺(UC)决策,目的是降低前提的总发电成本确保供求余额。为了克服因联合ED和UC引起的离散连续混合动作空间的挑战,我们提出了DRL算法,即混合动作有限的Horizo​​n DDPG(HAFH-DDPG),该算法无缝地集成了两个经典的DRL算法,即。 ,基于有限的horizo​​n动态编程(DP)框架,深Q网络(DQN)和深层确定性策略梯度(DDPG)。此外,提出了柴油发电机(DG)选择策略,以支持简化的动作空间,以降低该算法的计算复杂性。最后,通过与现实世界数据集的实验相比,通过与多种基线算法进行比较来验证我们所提出的算法的有效性。
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本文提出了一种安全的竞标决策和单位维护调度的安全加强学习算法和竞争力的电力市场环境。在这个问题中,每个单位都旨在找到一个招标策略,以通过调度预防性维护同时保持其可靠性,以最大限度地提高其收入。维护调度提供了一些安全约束,应该始终满足。满足批判性安全性和可靠性限制,而生成单位具有彼此的不完整信息的竞标策略是一个具有挑战性的问题。双层优化和加强学习是解决这种问题的最先进方法。然而,双层优化和增强学习都无法应对不完全信息和关键安全限制的挑战。为了解决这些挑战,我们提出了安全的深度确定性政策梯度加强学习算法,其基于加强学习和预测安全滤波器的组合。案例研究表明,与其他现有技术相比,该方法可以实现更高的利润,同时满足系统安全约束。
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Driven by the global decarbonization effort, the rapid integration of renewable energy into the conventional electricity grid presents new challenges and opportunities for the battery energy storage system (BESS) participating in the energy market. Energy arbitrage can be a significant source of revenue for the BESS due to the increasing price volatility in the spot market caused by the mismatch between renewable generation and electricity demand. In addition, the Frequency Control Ancillary Services (FCAS) markets established to stabilize the grid can offer higher returns for the BESS due to their capability to respond within milliseconds. Therefore, it is crucial for the BESS to carefully decide how much capacity to assign to each market to maximize the total profit under uncertain market conditions. This paper formulates the bidding problem of the BESS as a Markov Decision Process, which enables the BESS to participate in both the spot market and the FCAS market to maximize profit. Then, Proximal Policy Optimization, a model-free deep reinforcement learning algorithm, is employed to learn the optimal bidding strategy from the dynamic environment of the energy market under a continuous bidding scale. The proposed model is trained and validated using real-world historical data of the Australian National Electricity Market. The results demonstrate that our developed joint bidding strategy in both markets is significantly profitable compared to individual markets.
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Energy storage resources must consider both price uncertainties and their physical operating characteristics when participating in wholesale electricity markets. This is a challenging problem as electricity prices are highly volatile, and energy storage has efficiency losses, power, and energy constraints. This paper presents a novel, versatile, and transferable approach combining model-based optimization with a convolutional long short-term memory network for energy storage to respond to or bid into wholesale electricity markets. We apply transfer learning to the ConvLSTM network to quickly adapt the trained bidding model to new market environments. We test our proposed approach using historical prices from New York State, showing it achieves state-of-the-art results, achieving between 70% to near 90% profit ratio compared to perfect foresight cases, in both price response and wholesale market bidding setting with various energy storage durations. We also test a transfer learning approach by pre-training the bidding model using New York data and applying it to arbitrage in Queensland, Australia. The result shows transfer learning achieves exceptional arbitrage profitability with as little as three days of local training data, demonstrating its significant advantage over training from scratch in scenarios with very limited data availability.
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乘客和货物交付的可行性服务服务的无处不在的增长在运输系统领域内带来了各种挑战和机遇。因此,正在开发智能运输系统以最大限度地提高运营盈利能力,用户的便利性和环境可持续性。与riveShiening的最后一次交付的增长呼吁进行高效且凝聚力的系统,运输乘客和货物。现有方法使用静态路由方法来解决考虑到请求的需求和在路线规划期间车辆之间的货物转移。在本文中,我们为合并的商品和乘客运输提供了一种动态和需求意识的舰队管理框架,该乘客运输能够通过允许司机谈判到相互合适的价格中的决策过程中的乘客和司机。乘客接受/拒绝,(2)货物与车辆的匹配,以及货物的多跳转移,(3)基于该插入成本,在沿着它们的途径来动态地为每个车辆提供最佳路线,从而确定匹配的插入成本(4)使用深度加强学习(RL),(5)允许在每个车辆的分布推断,同时共同优化舰队目标,向预期的高乘客和商品需求调度怠速车辆。我们所提出的模型可在每个车辆内独立部署,因为这最大限度地减少了与分布式系统的增长相关的计算成本,并将其民主化决策对每个人进行决策。与各种车辆类型,商品和乘客效用的仿真表明,与不考虑联合负载运输或动态多跳路线规划的其他方法相比,我们的方法的有效性。
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