無線電能傳輸網傳能機制與優(yōu)化問題研究.pdf

1、現代社會中，電能作為應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。無線電能傳輸技術作為一種基于非實體傳輸介質的電能傳輸新技術，實現了“非接觸”電能傳輸，因此提供了更好的電能接入效果。
　　經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的研究與開發(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隨機分布的多設備集群系統(tǒng)的無線供電問題，并考慮到設備分布空間狀況的隨機性、各設備電能實時狀態(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的局域電能網絡架構即無線電能傳輸網（Wireless Power Transfer Grid,WPTG）被提出以解決此類問題。該電能網絡由具有一

3、定電能存儲和無線電能傳輸能力的用電設備節(jié)點組成，基于“多跳式傳遞”思想結合Internet網中“路由原理”對電能網絡內任意位置節(jié)點進行電能傳輸，從而實現網域內全部節(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絡的性能表現至關重要，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中的全網電能傳輸鏈路覆蓋任務，研究了網內多傳

4、輸鏈路機制所形成的電能注入樹形傳輸鏈路結構，從而建立了對應的最優(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絡特性，基于多性能指標建立了對應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；研究了網絡規(guī)模較大的電能自治式WPTG中的基于不均勻簇群的分層網絡機制，通過該機制實現了對網內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，從而提升了網路穩(wěn)態(tài)期即網絡能效表現；研究了網內節(jié)點運動且外部注入周期性間歇接入網絡的動態(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：
　　①面向有源注入式WPTG中的全網電能傳輸覆蓋任務，基于其

6、形成的電能注入樹形傳輸鏈路結構的特殊性進行分析，建立了對應的最優(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，并結合網絡特性，提出多指標電能傳輸鏈路優(yōu)化模式，通過改進型遺傳算法實現了全局優(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，提升了網絡的能效表現；
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