無線電能傳輸網(wǎng)傳能機制與優(yōu)化問題研究.pdf

1、現(xiàn)代社會中，電能作為應(yīng)用最為廣泛的二次能源在社會和人民生活中的重要性與日俱增。傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)中通過輸電線纜實現(xiàn)了電能的有效傳輸，然而由于線纜的束縛因此給人們的日常用電帶來了不便，同時也影響了電能傳輸過程中的可靠性和安全性。無線電能傳輸技術(shù)作為一種基于非實體傳輸介質(zhì)的電能傳輸新技術(shù)，實現(xiàn)了“非接觸”電能傳輸，因此提供了更好的電能接入效果。
　　經(jīng)過一個世紀特別是近十多年來的迅速發(fā)展，無線電能傳輸尤其是磁耦合無線電能傳輸?shù)难芯颗c開發(fā)取得

2、了顯著的進展?？v觀目前無線電能傳輸研發(fā)進程，有效提升空間能力和保障一定空間范圍的傳能能效，仍是無線電能傳輸系統(tǒng)研究的重要方向。針對一定空間范圍內(nèi)隨機分布的多設(shè)備集群系統(tǒng)的無線供電問題，并考慮到設(shè)備分布空間狀況的隨機性、各設(shè)備電能實時狀態(tài)的動態(tài)性以及電能存儲水平的差異性等，一種基于無線電能傳輸技術(shù)的局域電能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)即無線電能傳輸網(wǎng)（Wireless Power Transfer Grid,WPTG）被提出以解決此類問題。該電能網(wǎng)絡(luò)由具有一

3、定電能存儲和無線電能傳輸能力的用電設(shè)備節(jié)點組成，基于“多跳式傳遞”思想結(jié)合Internet網(wǎng)中“路由原理”對電能網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意位置節(jié)點進行電能傳輸，從而實現(xiàn)網(wǎng)域內(nèi)全部節(jié)點的電能供給保障。其中電能傳輸過程的優(yōu)化對于提升該電能網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)至關(guān)重要，因此對其研究具有極大的理論意義和實際價值。
　　本文重點針對WPTG中電能多跳中繼式傳輸模式中的傳能能效優(yōu)化問題展開研究工作。面向有源注入式WPTG中的全網(wǎng)電能傳輸鏈路覆蓋任務(wù)，研究了網(wǎng)內(nèi)多傳

4、輸鏈路機制所形成的電能注入樹形傳輸鏈路結(jié)構(gòu)，從而建立了對應(yīng)的最優(yōu)電能傳輸鏈路規(guī)劃模型，并引入基于生物覓食機制的智能算法實現(xiàn)了能效最優(yōu)的規(guī)劃方案；研究了電能自治式WPTG中的電能傳輸鏈路特性和網(wǎng)絡(luò)特性，基于多性能指標(biāo)建立了對應(yīng)的電能傳輸鏈路非線性優(yōu)化模型，并引入改進型遺傳算法實現(xiàn)了電能自治式工作模式下電能傳輸鏈路的全局優(yōu)化；研究了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大的電能自治式WPTG中的基于不均勻簇群的分層網(wǎng)絡(luò)機制，通過該機制實現(xiàn)了對網(wǎng)內(nèi)電能傳輸過程的有效規(guī)劃

5、，以降低電能傳輸中的電能傳輸損耗并保證電能負荷均衡特性，從而提升了網(wǎng)路穩(wěn)態(tài)期即網(wǎng)絡(luò)能效表現(xiàn)；研究了網(wǎng)內(nèi)節(jié)點運動且外部注入周期性間歇接入網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)WPTG情況，對運動節(jié)點間電能傳輸特性進行分析，并引入電能回饋概念表征外部注入動態(tài)接入影響，從而共同建立了電能自治階段的協(xié)同電能傳輸優(yōu)化模型，通過改進型蟻群算法實現(xiàn)了協(xié)同電能傳輸方案的能效優(yōu)化。
　　本文工作的創(chuàng)新性貢獻：
　?、倜嫦蛴性醋⑷胧絎PTG中的全網(wǎng)電能傳輸覆蓋任務(wù)，基于其

6、形成的電能注入樹形傳輸鏈路結(jié)構(gòu)的特殊性進行分析，建立了對應(yīng)的最優(yōu)電能傳輸鏈路規(guī)劃模型，提出基于生物覓食機制的智能算法實現(xiàn)了能效最優(yōu)規(guī)劃方案；
　?、诿嫦螂娔茏灾问絎PTG，針對規(guī)模較小時的電能傳輸鏈路優(yōu)化問題，基于電能傳輸特性，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)特性，提出多指標(biāo)電能傳輸鏈路優(yōu)化模式，通過改進型遺傳算法實現(xiàn)了全局優(yōu)化；針對規(guī)模較大時的電能傳輸過程，提出特殊簇群機制對其進行有效規(guī)劃，提升了網(wǎng)絡(luò)的能效表現(xiàn)；
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