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储能系统技术 储能系统 强化学习 ★ 4.0

基于深度强化学习的IRS辅助SWIPT系统波束成形设计

Beamforming Design of IRS-Assisted SWIPT System Based on Deep Reinforcement Learning

作者 Hui Zhang · Qiming Jia · Xu Han · Hongde Yu · Jiaxiang Zhao
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2024年10月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 强化学习
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 智能反射面 无线信息与能量同步传输 波束成形设计 PER - SAC算法 系统和速率
语言:

中文摘要

在智能反射面(IRS)辅助的无线信息与能量同步传输(SWIPT)系统中,联合设计基站发射波束成形和 IRS 对于提高系统性能至关重要。针对该波束成形设计问题,建立了受 IRS 非线性能量损耗影响的实际相位相关幅度模型,进而构建了一个多参数联合优化问题,以最大化设备的总速率。此外,提出了一种 PER - SAC 算法来解决该问题,该算法基于软行动者 - 评判者(SAC)原理,并采用优先经验回放(PER)来提高训练效率。结果表明,在该场景下,PER - SAC 算法比其他算法具有更好的稳定性和收敛效果,且该算法获得的总速率也高于随机相移方案和随机功率分配比方案。

English Abstract

In the intelligent reflecting surface (IRS)-assisted simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) system, it is critical to improve the system performance by jointly designing the transmit beamforming of base station and IRS. According to this beamforming design problem, the actual phase-related amplitude model is established that is affected by the nonlinear energy loss of IRS, and then a multiparameter joint optimization problem is established to maximize the rate sum of the devices. Furthermore, a PER-SAC algorithm is proposed to solve this problem, which is based on the soft actor–critic (SAC) principle and uses prioritized experience replay (PER) to improve training efficiency. The results show that the PER-SAC algorithm has better stability and convergence effect than other algorithms in this scenario, and the sum rate obtained by the PER-SAC algorithm is also higher than that of the random phase-shift scheme and the random power splitting ratio scheme.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于智能反射面(IRS)辅助的无线信息与能量同传(SWIPT)技术研究,为我们在分布式光伏监控、储能系统通信和智慧能源管理领域提供了创新性的技术路径参考。

该论文提出的PER-SAC深度强化学习算法,通过联合优化基站发射波束成形和IRS相位设计,有效解决了无线能量传输中的非线性损耗问题。这一技术原理与我们储能系统中的能量管理优化存在相通之处。特别是在大规模光伏电站和分布式储能场景中,数以千计的设备需要实时通信与能量补给,传统有线方案成本高昂且维护困难。若能将SWIPT技术应用于传感器节点、无线监控设备的供能与数据传输,可显著降低运维成本,提升系统可靠性。

从技术成熟度评估,该研究仍处于理论验证阶段,距离工程化应用尚有距离。主要挑战包括:IRS硬件的成本控制与环境适应性(光伏电站多处于高温、高湿、沙尘等恶劣环境)、无线能量传输效率在远距离场景下的衰减、以及与现有电力物联网协议的兼容性问题。

然而,这项技术为阳光电源带来的机遇同样明显。我们可以探索将其应用于:智能组件级监控的无线供能方案、储能集装箱内部设备的无线通信优化、以及未来虚拟电厂场景下海量终端的低成本接入。建议公司研发部门持续跟踪该技术方向,适时开展预研性合作,在新能源物联网领域构建差异化竞争优势。