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基于元胞遗传算法的无线电能传输网链路优化技术

Path Optimization Technology of Wireless Power Transfer Networks Based on Cellular GeneticAlgorithm

【作 者】夏金凤

【摘 要】

无线电能传输技术(WPT)的产生和发展为人类社会提供了一种更为灵活、安全的用电方式,但其传输距离和传输效率的矛盾一直制约着无线电能传输技术的推广。无线电能传输网(Wireless Power Transfer Networks, WPTNs)为分布在一定空间范围内用电设备群无线供电提出了一个有效的解决方案。其基本思路是:以 WPTNs 网域内的节点(设备)为无线传能的电能中继节点,以多节点接力传送方式,在源节点(电能发射点)到目标节点(设备)之间构成一条或多条能量传输链路,实现 WPTNs 网域内的全方位无线电能传输,保障网域内全部用电设备的均衡能量供给。

无线电能传输网中节点之间的传输效率以及实现网域内设备能量均衡分布是无线电能传输网最重要的目标之一,也是无线电能传输网面临的最基本的问题。然而无线电能传输网在建立传输链路时带有很强的随机性,存在冗余节点,使得传输链路的效率非常低,为提高节点间电能的传输效率,保证节点电能的均衡性因此非常有必要对传输链路进行优化。

本文首先对 WPTNs 的网络架进行了详细介绍,并对无线电能传输网组网原理及基本架构进行了分析,针对不同的运行条件将无线电能传输网分为有源注入和无源注入模式的 WPTNs,分析了有源注入和无源注入 WPTNs 的网络电能传输目标,并给出了有源注入和无源注入 WPTNs 的目标函数和约束条件。利用元胞遗传算法对传输路径进行优化,论文先对比分析了元胞遗传算法和基本遗传算法的特点,针对本文问题的特殊性,对元胞遗传算法的适应度函数、变异算子和交叉算子都进行了相应的改进,并对算法优化过程中产生的不可行解进行了修复。

最后通过MATLAB仿真平台使用元胞遗传算法对不同节点规模的有源注入和无源注入无线电能传输网路径寻优进行了仿真,通过比较分析元胞遗传算法和基本遗传算法的优化效果,可知元胞遗传算法的鲁棒性和收敛性均优于基本遗传算法,元胞遗传算法用于无线电能传输网路径寻优具有可行性。

【关键词】无线电能传输,能量链路,元胞遗传算法

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