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隨著無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，更大的傳輸功率、更高的傳輸效率和更長的傳輸距離一直是科研工作者追求的目標。磁諧振式無線電能傳輸技術(shù)（Magnetic Resonant Wireless Power Transfer, MR-WPT）的出現(xiàn)使得大功率、遠距離的無線充電成為可能，為此學者圍繞MR-WPT開展了眾多研究，頻率跟蹤控制技術(shù)、最優(yōu)負載匹配的最大效率跟蹤技術(shù)等相繼被提出，皆在追求最佳的傳輸性能，但是這些技術(shù)都需要在WPT系統(tǒng)本體之外附加控制電路，實現(xiàn)手段相對復雜。

針對MR-WPT傳輸性能的研究，國內(nèi)外有很多學者圍繞無線傳輸系統(tǒng)的本體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。國玉剛等分析了LCC-S型無線電能傳輸系統(tǒng)的特性以及優(yōu)化配置，并基于多目標遺傳算法對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行優(yōu)化，改善各個工作模型下的傳輸性能，但是該文僅研究了對補償網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置。蘇玉剛等針對電場耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)提出一種自適應遺傳算法優(yōu)化方法，對互補對稱的LCC諧振形式系統(tǒng)的參數(shù)進行配置，以提升傳輸效率，但是此方法只限于雙側(cè)LC網(wǎng)絡(luò)的WPT系統(tǒng)。

有學者研究了非平面接收線圈WPT系統(tǒng)的優(yōu)化，提出了角度分裂的概念，并解釋該現(xiàn)象的發(fā)生是由于接收線圈的最優(yōu)尺寸造成的，但并沒有深入探究影響接收線圈最優(yōu)尺寸的因素及變化規(guī)律。董維豪等設(shè)計了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動阻抗匹配系統(tǒng)，可以較好地提升阻抗匹配的準確度和速度。因此，結(jié)合智能優(yōu)化算法，對WPT系統(tǒng)的本體參數(shù)進行最優(yōu)化設(shè)計，可以較好地提升系統(tǒng)的傳輸性能。

對WPT系統(tǒng)合理地配置參數(shù)是建模優(yōu)化的基礎(chǔ)，最優(yōu)接收半徑是WPT系統(tǒng)固有的特性，僅依靠調(diào)整接收線圈內(nèi)半徑的尺寸便可以在無附加電路的基礎(chǔ)上提高傳輸功率，而對最優(yōu)接收半徑的研究，包括形成原因、影響因素、規(guī)律分析和仿真實驗等鮮有參考。

對此，南京理工大學自動化學院、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學研究院的研究人員研究了不同線圈結(jié)構(gòu)和參數(shù)下的最優(yōu)接收線圈尺寸，確定了其影響參數(shù)，并利用改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對影響參數(shù)進行精確預測。

圖1 最優(yōu)接收半徑驗證實驗

他們首先理論分析得到了接收線圈的磁通隨其內(nèi)半徑的變化曲線，提出了最優(yōu)接收半徑的概念。然后分析了平面方形、平面盤式和空間螺旋形三種結(jié)構(gòu)的發(fā)射線圈WPT系統(tǒng)中，最優(yōu)接收半徑隨系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律，確定了最優(yōu)半徑的影響參數(shù)：發(fā)射線圈匝數(shù)、匝間距、外半徑以及傳輸距離。

為精確量化不同參數(shù)下的最優(yōu)半徑值，研究人員采用遺傳算法改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對最優(yōu)半徑隨影響參數(shù)的變化情況進行學習，輸出給定參數(shù)下的最優(yōu)半徑預測值，經(jīng)測試改進后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，決定系數(shù)提高了60.16%，誤差降低到2%左右，實現(xiàn)了較高精度的預測。

仿真和實驗證明了優(yōu)化后的BP網(wǎng)絡(luò)對最優(yōu)半徑的預測能力和最優(yōu)接收半徑的存在，最優(yōu)半徑的仿真值與預測值的偏差僅為5.43%，且在最優(yōu)半徑下副邊接收到的功率達到最大值，可以最大程度地提升WPT系統(tǒng)的傳輸性能。

本文編自2021年《電工技術(shù)學報》增刊2，論文標題為“基于改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線電能傳輸系統(tǒng)接收線圈參數(shù)優(yōu)化”，作者為聞楓、荊凡勝 等。