基于电流调度和能量路由的无线能量传输网络的研究

作     者：华文雄 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨盘隆;周颢

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：无线充电 磁谐振技术 多入多出技术 电流调度 能量路由 联合优化 

摘      要：近年来,数十亿计的智能设备走进千家万户,与此同时,为这些智能设备提供能量供给成为了生活中和工业界的刚需。与传统有线传输方式相比,无线能量传输有着多种优势:使用方便、低磨损率、无接口限制、安全性高等。因此无论在工业界还是学术界都存在大量的针对无线能量传输网络的优化工作。当基于多入多出技术的磁共振无线能量传输网络与多个中继端组件结合时,可以同时调整中继端（Relay）开关状态（即能量路由）和发射端（TX）电流（即电流调度）,以提高能量传输效率和距离。为了完成以上调度过程,以往的方法需要和接收端（RX）进行通信,通信的方式一般有两种:1)带外通信,使用额外通道实现,例如蓝牙等,这将会导致时间上和能量上的损耗;2)带内通信,能量接收端相互协调,利用反馈信息得到信道参数,复杂费时。在这项工作中,我们提出、设计和实现了一个多中继MIMO MRC-WPT系统,并设计了一个近似最优的能量路由和电流调度的联合优化方法,其不依赖任何RX的反馈。在不影响组合解的总体最优性的前提下,我们将联合优化问题详细地分解为两个子问题:底层电流调度和顶层能量路由。对于底层的电流调度问题,我们首先基于以往工作提出了 RX相关的带内反馈通信方案,以此计算得到最优的调度方案和结果,然后提出了一个与RX无关的近似最优解方案。对于顶层的能量路由问题,我们首先设计了一个1/2近似比的贪心算法,然后设计了基于深度Q网络（Deep Q-Network,DQN）的方法来进一步优化其效率结果。我们为所提出的系统建立了基础原型,并通过大量的实验来评估其功能和性能。相应的实验结果证明了所提算法的有效性,相比其他四种策略:无中继端、不可调中继端、基于贪婪和基于最短路径的策略,平均实现的能量传输效率（Power transfer efficiency,PTE）倍数为 3.2、1.43、1.34 和7.3倍。