Scalable reinforcement learning for large-scale coordination of electric vehicles using graph neural networks

可扩展性 强化学习 计算机科学 灵活性(工程) 分布式计算 图形 人工智能 理论计算机科学 数学 数据库 统计
作者
Stavros Orfanoudakis,Valentin Robu,Edgar Mauricio Salazar Duque,Peter Pálenský,Pedro P. Vergara
出处
期刊: [Springer Science+Business Media]
卷期号:4 (1)
标识
DOI:10.1038/s44172-025-00457-8
摘要

Abstract As the adoption of electric vehicles (EVs) accelerates, addressing the challenges of large-scale, city-wide optimization becomes critical in ensuring efficient use of charging infrastructure and maintaining electrical grid stability. This study introduces EV-GNN, a novel graph-based solution that addresses scalability challenges and captures uncertainties in EV behavior from a Charging Point Operator’s (CPO) perspective. We prove that EV-GNN enhances classic Reinforcement Learning (RL) algorithms’ scalability and sample efficiency by combining an end-to-end Graph Neural Network (GNN) architecture with RL and employing a branch pruning technique. We further demonstrate that the proposed architecture’s flexibility allows it to be combined with most state-of-the-art deep RL algorithms to solve a wide range of problems, including those with continuous, multi-discrete, and discrete action spaces. Extensive experimental evaluations show that EV-GNN significantly outperforms state-of-the-art RL algorithms in scalability and generalization across diverse EV charging scenarios, delivering notable improvements in both small- and large-scale problems.
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