CN108321916B - 一种具有能量协作功能的基站及能量协作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有能量协作功能的基站及能量协作方法，每个基站配置有能量收集装置和蓄电池，所述能量收集装置能根据所处的环境釆用合适的能量收集方式并将收集能量存储在所述的蓄电池中供基站使用，多个基站间通过已连接的电力载波线分享收集的能量，以充分利用收集的免费能量；此外所述基站还与电网连接作为收集能量不足时的补充，基于电网的动态电价，基站根据蓄电池当前存储的电量、能量需求和能量收集等因素，动态地决策在电价低时从电网购买多少电量存储在蓄电池中，以备将来电价高且收集的能量不满足基站需求时使用，以达到基站从电网购电成本最小的目的，减少二氧化碳排放，平滑电网负荷，提高电网的消纳能力。

Description

一种具有能量协作功能的基站及能量协作方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体的涉及一种具有能量协作功能的基站及能量协作方法。

背景技术

当今世界正面临着日益严峻的能源问题和环境问题，其中信息通信技术产业的碳排放及能耗所占的比例迅速增长，无线通信系统的能耗比例高居不下，实现无线通信系统的节能减排刻不容缓。能量收集技术，能够从周围环境中收集可再生清洁能源，能量收集技术作为新兴技术，能从周围环境中收集免费的能量，该技术应用于无线通信系统中，能减少当前通信系统对化石燃料的依赖，同时也在一定程度上减轻对环境的污染，得到了通信界的广泛关注。

从可再生源(如太阳能、风能)收集的能量容易受到天气、气候等因素的影响，因此具有时变性和间歇性，为保证大功率基站稳定可靠的运行，可再生源和电网混合供电的基站引起工业界和学术界的极大兴趣。未来5G网络中，支持小区服务和异构网络的各基站被密集部署，为了减轻功耗、保护生态环境，优先使用收集的能量、电网供电作为必要补充的混合供电网络将起到重要作用。由于不同基站所处地理位置和环境的差异，某些基站因蓄电池容量有限导致的收集的能量无法被容纳而浪费，同时某些基站因任务繁重以致能量消耗过多或因收集的能量过少而不能满足自身要求，从而需要从电网购买额外的电量。

此外随着经济快速增长和人民生活水平的提高，社会生活对电力需求度越来越高，电网的负荷随着用户在不同时段对电量需求的变化而相应的波动，为了平滑电网负荷，未来电网将采用分时电价，电价可在相对较小的时间尺度上(如每小时)调整，以作为电网负荷变化的响应。如用电高峰期(早上上班前和晚上下班后)电网负荷巨大，电网需要承担高于平均负荷的额外压力，所以电价相对较高；而在深夜或凌晨的用电低谷时段，电网的负荷低于平均负荷，电网则需容纳较高的电量，电价相对较低。若基站需要从电网购买额外电量时而电价又恰好处于最高，则会增加基站的购电成本。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有能量协作功能的基站及基站间能量协作控制方法，目的是充分利用基站收集的清洁能量，最小化基站从电网额外购电的成本，减少二氧化碳的排放，同时平滑电网的负荷，提高电网的消纳能力。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种具有能量协作功能的基站，所述具有能量协作功能的基站均配置有能量收集装置和蓄电池，基站间通过电力载波线连接，蓄电池与基站均连接到电网；

所述能量收集装置能根据具有能量协作功能的基站所处的环境釆用对应的能量收集方式并将收集的能量存储在所述的蓄电池中供基站使用，基站间通过已连接的电力载波线分享收集的能量；基站根据蓄电池参数对应动态地计算自电网购买的电量存储在蓄电池中。

本发明的工作原理：每个基站配置有能量收集装置和蓄电池，所述能量收集装置能根据所处的环境釆用合适的能量收集方式(收集太阳能、风能、热能等)并将收集能量存储在所述的蓄电池中供基站使用，多个基站间通过已连接的电力载波线分享收集的能量，以减小某些基站因蓄电池容量有限导致的收集的能量无法被容纳而浪费，同时给某些因任务繁重以致能量消耗过多或因收集的能量过少的基站补充免费能量；此外所述基站还与电网连接，在收集的能量相互分享仍不能满足能量需求时，基站从电网购买一定的额外能量作为补充，为使基站从电网购买电量的成本最小，基于电网的动态电价，基站根据蓄电池当前的存储的电量、能量需求和能量收集等因素，动态地决策在电价低时从电网购买多少电量存储在蓄电池中，以备将来电价高且收集的能量不足基站需求时使用。

本发明提出一种蜂窝通信网络中的具有能量协作功能的基站模型，该模型中的基站具有能量收集功能(能量收集，energy-harvesting，后面采用缩写EH),所有的基站都配置有能量收集装置(如小型太阳能或风力发电机)和蓄电池，基站由EH源(从周边环境随机收集能量，如小型太阳能或风力发电机)和电网(电网电价是实时动态的)构成的混合供电源供电,收集的可再生能量是供基站免费使用的，基站优先使用收集的可再生能源,电网的电价是动态的，电网可以在相对较小的时间尺度上调整电价。

本发明还提供一种基站能量协作方法，方法基于前述的具有能力协作功能的基站，方法包括：

S1：当前基站确定在预设时隙内获取的可再生能量r_i(t)，存储在蓄电池里的实时电量B_i(t)及电池容量

S2：根据所述可再生能量r_i(t)，实时电量B_i(t)及电池容量

判定当前基站是否需要向外界基站分享能量，或者是否需要向外界基站请求能量，及计算分享能量大小或者请求能量的大小。

所述步骤S2包括：

若

则确定当前基站需要向外界基站请求能量，且根据公式

S_i(t)＝r_i(t)，

确定向一个具体外界基站请求能量的能量值，其中，S_i(t)为当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，K_ji(t)为确定的当前基站需要向外界基站请求的能量值，S_j(t)和r_j(t)分别为该具体外界基站的控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，及该具体外界基站的能量收集装置收集的能量；

否则，则确定当前基站需要向外界基站分享能量，且根据公式

确定向一个具体外界基站分享的能量值，其中，K_ij(t)为确定的当前基站需要向外界基站分享的能量值，B_j(t)及

分别为存储在蓄电池里的实时电量及电池容量；

其中，算法中，当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量达到最大值还有多余的可再生能量，通过能量协作的方式给不能满足自身能量要求的基站补充能量；

其中k_ji(t)·k_ij(t)＝0：存储在蓄电池的可再生能量；

电网为基站的供电量的范围(大于零且小于或等于每个时隙电网对基站供电的最大传输量)；

电网为蓄电池的供电量的范围(大于零且小于或等于每个时隙电网对电池充电的最大传输量)；

蓄电池放电量的范围；

存储在蓄电池里的实时电量的范围；

0≤M_i(t)≤r_i(t)：溢出能量的范围；

所提出算法的根据：

S_i(t)为当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，S_i(t)在数值上可表示为：

S_i(t)＝r_i(t)+k_ji(t)-k_ij(t)-M_i(t) (1)

约束条件：k_ji(t)·k_ij(t)＝0 (2)

其中K_ij(t)为确定的当前基站需要向外界基站分享的能量值，K_ji(t)为确定的当前基站需要向外界基站请求的能量值，式(2)表示当前基站需要向外界基站分享的能量值和向外界基站请求的能量值至少一个为零。

电池荷电状态为：B_i(t+1)＝B_i(t)-D_i(t)+S_i(t)+G_b,i(t) (3)

在每个时隙都有电池容量约束条件：

每个时隙蓄电池最大放电速率为

蓄电池放电速率的范围为：

每个时隙电网对蓄电池最大充电速率为

电网为蓄电池充电速率的范围为：

其中B_i(t)为存储在蓄电池里的实时电量；D_i(t)为该基站自身蓄电池放电量；G_b,i(t)为电网为当前基站的蓄电池的供电量；

为蓄电池的最大容量。

在时隙t，电网的实时电价为C_i(t)，从电网中购买的总电量为G_b,i(t)+G_l,i(t)，所以每个时隙从电网购电的成本为C_i(t)[G_b,i(t)+G_l,i(t)]，目标是最小化从电网消耗能量的平均成本：

其中，N为基站的总数量，T为时隙的个数，P为从电网消耗的平均能量。

在时隙t基站产生的能量需求为：

A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t) (8)

每个时隙电网直接为基站供电的最大传输速率为

电网直接为基站供电的传输速率的范围为：

其中G_l,i(t)为电网直接为基站的供电量，A_i(t)为基站确定的自身能量需求，G_l,i(t)为电网直接为基站的供电量。

进一步地，所述方法还包括：

S3：基站确定自身能量需求A_i(t)，及该基站自身的电池放电量D_i(t)；

S4：根据所述自身能量需求A_i(t)、电池放电量D_i(t)和存储在蓄电池里的实时电量B_i(t)，判定基站是否向电网请求供电，及请求供电的电量。

进一步地，在所述步骤S4中，电网向基站供电的方式包括：电网直接为基站供电，或者电网向基站电池进行供电。

进一步地，当B_i(t)≥D_i(t),D_i(t)≥A_i(t)时，确定基站不向电网请求供电。

进一步地，当D_i(t)＜A_i(t)时，确定基站向电网请求供电。

进一步地，当电网向基站供电的方式为电网直接为基站供电时，电网直接为基站供电的电量为G_l,i(t)＝A_i(t)-D_i(t)。

进一步地，当电网向基站供电的方式为电网向基站电池进行供电时，向基站电池供电的电量为

本发明的有益效果：

效果一，本发明作为电网能量使用变化的响应，基站根据自身的能量需求，电价变化和电池的存储能力决定是否从电网购买能量以满足蜂窝通信网络的能量需求，在保证蜂窝通信网络性能稳定的情况下，尽可能使用收集的可再生能量，以达到基站从电网购电成本最小的目的，减少二氧化碳排放，平滑电网负荷，提高电网的消纳能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种具有能量协作功能的基站结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的一种基站能量协作方法示意图；

图3为本发明第二实施例提供的一种基站能量协作方法示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种具有能量协作功能的基站，如图1所示，每个基站配置有能量收集装置和蓄电池，所述能量收集装置能根据所处的环境釆用合适的能量收集方式并将收集能量存储在所述的蓄电池中供基站使用，多个基站间通过已连接的电力载波线分享收集的能量，以充分利用收集的免费能量；此外所述基站还与电网连接作为收集能量不足时的补充，基于电网的动态电价，基站根据蓄电池当前存储的电量、能量需求和能量收集等因素，动态地决策在电价低时从电网购买多少电量存储在蓄电池中，以备将来电价高且收集的能量不满足基站需求时使用，以达到基站从电网购电成本最小的目的，减少二氧化碳排放，平滑电网负荷，提高电网的消纳能力。

本实施例还提供了一种基站能量协作方法，所述方法包括：

S1：当前基站确定在预设时隙内获取的可再生能量r_i(t)，存储在蓄电池里的实时电量B_i(t)及电池容量

S2：根据所述r_i(t)、B_i(t)及

值，确定当前基站是否需要向外界基站分享能量，或者需要向外界基站请求能量，及分享能量或者请求能量的大小。

进一步的，所述步骤S2包括：

其中，所述步骤S2包括：

若

则确定当前基站需要向外界基站请求能量，且根据公式

S_i(t)＝r_i(t)，

确定向一个具体外界基站请求能量的能量值，其中，S_i(t)为当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，K_ji(t)为确定的当前基站需要向外界基站请求的能量值，S_j(t)和r_j(t)分别为该具体外界基站的控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，及该具体外界基站的能量收集装置收集的能量；本发明中所述一个具体外界基站为不同于当前基站的外界基站。

否则，则确定当前基站需要向外界基站分享能量，且根据公式

确定向一个具体外界基站分享的能量值，其中S_i(t)为当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，K_ij(t)为确定的当前基站需要向外界基站分享的能量值，B_j(t)及

分别为存储在蓄电池里的实时电量及电池容量。

具体地，所述方法还包括：

S3：基站确定自身能量需求A_i(t)，及该基站自身的电池放电量D_i(t)；

S4：根据所述A_i(t)、D_i(t)和B_i(t)值，确定基站是否向电网请求供电，及请求供电的电量。

具体地，在S4中，电网向基站供电的方式包括：

电网直接为基站供电，或者电网向基站电池进行供电。

具体地，当B_i(t)≥D_i(t),D_i(t)≥A_i(t)时，确定基站不向电网请求供电。

具体地，当D_i(t)≤A_i(t)时，确定基站向电网请求供电。

具体地，当电网向基站供电的方式为电网直接为基站供电时，电网直接为基站供电的电量为G_l,i(t)＝A_i(t)-D_i(t)。

具体地，当电网向基站供电的方式为电网向基站电池进行供电时，向基站电池供电的电量为

提供的一种基站能量协作方法的根据：

算法中，当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量达到最大值还有多余的可再生能量，可以通过能量协作的方式给某些基站(不能满足自身能量要求的基站)补充能量。

算法中出现的变量及其含义如下：

r_i(t)：当前基站确定在预设时隙内获取的可再生能量；

S_i(t)：当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量；

K_ij(t)：确定的当前基站需要向外界基站分享的能量值；

K_ji(t)：确定的当前基站需要向外界基站请求的能量值；

B_i(t)：存储在蓄电池里的实时电量；

蓄电池的最大容量；

A_i(t)：基站确定自身能量需求；

D_i(t)：该基站自身蓄电池放电量；

G_l,i(t)：电网直接为基站的供电量；

每个时隙电网对基站供电的最大传输量；

G_b,i(t)：电网为为当前基站的蓄电池的供电量；

每个时隙电网对电池充电的最大传输量；

M_i(t):溢出的能量；

C_i(t):实时电价；

其中k_ji(t)·k_ij(t)＝0：存储在蓄电池的可再生能量；

电网为基站的供电量的范围(大于零且小于或等于每个时隙电网对基站供电的最大传输量)；

电网为蓄电池的供电量的范围(大于零且小于或等于每个时隙电网对电池充电的最大传输量)；

蓄电池放电量的范围；

存储在蓄电池里的实时电量的范围；

0≤M_i(t)≤r_i(t)：溢出能量的范围；

所提出算法的根据：

S_i(t)为当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，S_i(t)在数值上可表示为：

S_i(t)＝r_i(t)+k_ji(t)-k_ij(t)-M_i(t) (1)

约束条件：k_ji(t)·k_ij(t)＝0 (2)

其中K_ij(t)为确定的当前基站需要向外界基站分享的能量值，K_ji(t)为确定的当前基站需要向外界基站请求的能量值，式(2)表示当前基站需要向外界基站分享的能量值和向外界基站请求的能量值至少一个为零。

电池荷电状态为：B_i(t+1)＝B_i(t)-D_i(t)+S_i(t)+G_b,i(t) (3)

在每个时隙都有电池容量约束条件：

每个时隙蓄电池最大放电速率为

蓄电池放电速率的范围为：

每个时隙电网对蓄电池最大充电速率为

电网为蓄电池充电速率的范围为：

其中B_i(t)为存储在蓄电池里的实时电量；D_i(t)为该基站自身蓄电池放电量；G_b,i(t)为电网为当前基站的蓄电池的供电量；

为蓄电池的最大容量。

在时隙t，电网的实时电价为C_i(t)，从电网中购买的总电量为G_b,i(t)+G_l,i(t)，所以每个时隙从电网购电的成本为C_i(t)[G_b,i(t)+G_l,i(t)]，目标是最小化从电网消耗能量的平均成本：

其中，N为基站的总数量，T为时隙的个数，P为从电网消耗的平均能量。

在时隙t基站产生的能量需求为：

A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t) (8)

每个时隙电网直接为基站供电的最大传输速率为

电网直接为基站供电的传输速率的范围为：

其中G_l,i(t)为电网直接为基站的供电量，A_i(t)为基站确定的自身能量需求，G_l,i(t)为电网直接为基站的供电量。

基于上述模型和目标，最小化基站从电网消耗能量的平均成本可规划成随机网络优化问题，称为问题一：

约束条件为：B_i(t+1)＝B_i(t)-D_i(t)+S_i(t)+G_b,i(t)

A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t)

将问题一的目标最优解定义为P₁ ^*，在我们研究的问题中，想要得到上述优化问题的精确解，需要C_i(t)、S_i(t)和A_i(t)的详细统计信息。实际上，C_i(t)、S_i(t)和A_i(t)的状态难以统计，因此需要设计一个不确定性下的最优控制算法，得到上述优化问题的最优解。使用Lyapunov优化技术，找到一个Lyapunov函数来设计算法，算法的显著特点是不需要任何系统状态的先验知识，并且可以实时实现。

研究在约束条件松弛情况下上述目标的求解问题。在上述优化问题的可行控制策略下，分别定义充电率和放电率和利用的可再生能源的平均期望值，如下：

由于电池能量水平根据式(3)演变，对(3)在时隙t∈{0,1,2，...，T-1}上求和有：

其中B(0)为蓄电池的初始水平。由于在任何时隙t上

将式(13)两边同除以T并当T→∞时有：

因此，得到以下松弛的问题，称为问题二：

约束条件为：

A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t)

将问题二的目标最优解定义为

从上面的讨论中可以得出，问题一的任何可行策略也是问题二的可行策略，即问题二比问题一受到的约束松弛，所以

由于问题二消除了时隙之间电池荷电状态之间的依赖关系，因此很容易找到最佳策略。由以下引理给出，问题二的最优解可以通过随机平稳控制策略得到，该策略每个时隙只选取D_i(t)、G_b,i(t)、G_l,i(t)、k_ij(t)和k_ji(t)作为C_i(t)、S_i(t)和A_i(t)的函数，即控制策略与电池荷电状态无关，说明如下：

引理1：如果{C_i(t),S_i(t),A_i(t)}在时隙上独立同分布(i.i.d)，那么就存在一个平稳随机策略，它把每个时隙t的控制决策D_i(t)、G_b,i(t)、G_l,i(t)、k_ij(t)和k_ji(t)都作为当前系统状态{C_i(t),S_i(t),A_i(t)}的一个函数来进行控制，该函数可能是随机函数，在满足上述约束的同时提供以下保证：

E{D_i(t)}＝E{S_i(t)}+E{G_b,i(t)} (17)

E{C_i(t)(G_l,i(t)+G_b,i(t))}＝P₂ ^* (18)

其中，{C_i(t),S_i(t),A_i(t)}和控制决策的期望是w.r.t.的随机平稳分布。

算法

在提出算法之前，首先定义一个变量X_i(t)为：

X_i(t)＝B_i(t)-V_iC^max-D^max (19)

其中，V_i是稍后要指定的控制参数，X_i(t)是用来确保提出的算法满足电池荷电状态约束(4)，在提出的算法中，X_i(t)用于构造基于Lyapunov的二次函数，通过合理调节参数V_i，使电池荷电状态保持在合理范围。根据式(3)有X_i(t)的更新方程为：

X_i(t+1)＝X_i(t)-D_i(t)+S_i(t)+G_b,i(t) (20)

所提出的算法是能量需求算法，该算法是基于Lyapunov优化技术设计的，该算法的思想是贪婪地最小化(31)中的漂移加惩罚函数的上界，该算法仅使用当前的系统状态X_i(t),C_i(t),S_i(t),A_i(t)，不需要知道任何可再生能源到达过程、电价和能源需求到达过程的先验统计知识。

算法：

1.检测系统状态X_i(t),C_i(t),S_i(t),A_i(t)；

2.选择控制策略

作为解决问题三的方案，问题三：

约束条件：A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t)

3.

定理1.假设

在时隙t∈{0,1,2,...,N}上任意常数V_i满足

其中

算法性质：

1.队列X_i(t)在所有时隙都有界：

2.所有控制策略可行。

3.如果C_i(t),S_i(t),A_i(t)在时隙上独立同分布(i.i.d)，则在所提出的算法下的平均成本的期望与最优解的差不超过

即

其中E为常数，即：

证明：

1.由式(21)可以看出问题三的最佳解决方案具有以下性质：

若

则

若

则

下面用归纳法证明性质1，当t＝0时，

0≤B(0)≤B^max，有

性质1成立；

假设在时隙t，

成立，证其在时隙t+1成立，

(1)当

在定理1中

∴

另外，

其中

(2)当

时，有：

(3)当

时，

则

另外，

其中，

(4)当

时，

则

性质1得证。

2.从1和X_i(t)的定义(19)可以看出在任何时隙t有

此外，设计算法选择的策略满足问题三中的所有约束。把它们结合在一起，就可以满足问题一的所有约束条件。因此，我们的控制策略对于问题一是可行的。

3.我们利用Lyapunov优化技术推导算法的性能界限。定义Lyapunov函数：

和一个时隙的Lyapunov漂移：

Δ(X_i(t))＝E{L(X_i(t+1)-L(X_i(t))|X_i(t)} (27)

对(20)两边平方有：

因为

所以

所以可以得到Lyapunov漂移的上界：

对上式两边取期望并添加惩罚

得到：

其中，

与问题三的目标相比，所提出的算法总是在每个时隙t所有可行控制策略上贪婪地最小化不等式(31)的右边，包括引理1给出的最优平稳策略。将控制策略

考虑进上面的不等式(31)，并去除与队列状态X_i(t)无关项，得到以下结果：

式(32)成立基于以下事实(以上问题可行的必要条件)：

对不等式(32)在t∈{0,…T}上求和，可得到：

由于E{L(X_i(T))}≥0，E{L(X_i(0))}有界，(33)式两边同时除以V_iT，再取极限T→∞有：

证毕。

下面以两个基站为例进行说明，每个基站都各自配有能量收集装置和电网，能量收集装置从可再生源收集能量，并基于两基站间连接的电力载波线传输分享各自收集的能量。收集的能量先被存储在各自容量有限的蓄电池中再被基站使用，若各基站在相互分享收集能量的条件下仍不能满足基站的能量需求，则从电网获取一定的能量作为必要补充。

能量收集装置在每个时隙t中捕获的可再生能量记为r_i(t)，r_i(t)≥0,存储在电池里的实时电量记为B_i(t)，电池容量为

控制器控制收集的能量优先存储在电池中，记为

当电池内电量达到容量的最大值

收集的能量有剩余，其他基站刚好有能量需求，则将剩余的可再生能量共享给其他有能源需求的基站，记为K_ij(t),

当能量共享后还有剩余，则溢出，记为M_i(t),M_i(t)＝r_i(t)-S_i(t)-K_i(t)。

1.当r_i(t)＞S_i(t)+K_i(t)时，存储到电池中的能量为

可以分享的能量为

溢出的能量为M_i(t)＝r_i(t)-S_i(t)-K_i(t)；

2.当

时，S_i(t)＝r_i(t)，可以从其他基站获取的可再生能量为

溢出的能量为M_i(t)＝0。

基站的能量需求记为A_i(t)，A_i(t)≥0,电池放电量为D_i(t)，

为每个时隙电池的最大放电量，

当电池内的电量B_i(t)能够满足基站需求时，则优先使用存储在电池中的可再生能量，当电池内的电量B_i(t)不能满足基站能量需求时，则从电网购电，电网通过两种方式为基站提供能量，一种是直接为基站供电，供电量记为G_l,i(t)，

为每个时隙电网对基站供电的最大传输量，

另一种是先存储在电池中，然后通过电池放电为基站提供能量，供电量记为G_b,i(t)，

为每个时隙电网对电池充电的最大量,

A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t)，根据

当B_i(t)≥D_i(t),D_i(t)≥A_i(t)时，G_l,i(t)＝0，G_b,i(t)＝0，即不从电网购电；

当D_i(t)≤A_i(t)时，则两种方式从电网获取的电量分别为G_l,i(t)＝A_i(t)-D_i(t)，

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种基站能量协作方法，其特征在于，所述方法基于一种具有能量协作功能的基站，所述具有能量协作功能的基站均配置有能量收集装置和蓄电池，基站间通过电力载波线连接，蓄电池与基站均连接到电网；

所述能量收集装置能根据具有能量协作功能的基站所处的环境采用对应的能量收集方式并将收集的能量存储在所述的蓄电池中供基站使用，基站间通过已连接的电力载波线分享收集的能量；基站根据蓄电池参数对应动态地计算自电网购买的电量存储在蓄电池中；

动态地决策计算出在电价低时从电网购买电量，存储在蓄电池中，以备将来电价高且收集的能量不足基站需求时使用；

其特征在于，所述方法包括：

S1：当前基站确定在预设时隙内获取的可再生能量r_i(t)，存储在蓄电池里的实时电量B_i(t)及电池容量

S2：根据所述可再生能量r_i(t)，实时电量B_i(t)及电池容量

判定当前基站是否需要向外界基站分享能量，或者是否需要向外界基站请求能量，及计算分享能量大小或者请求能量的大小；

S3：基站确定自身能量需求A_i(t)，及该基站自身的电池放电量D_i(t)；

S4：根据所述自身能量需求A_i(t)、电池放电量D_i(t)和存储在蓄电池里的实时电量B_i(t)，判定基站是否向电网请求供电，及请求供电的电量；

所述步骤S2包括：

若

则确定当前基站需要向外界基站请求能量，且根据公式

S_i(t)＝r_i(t)，

确定向一个具体外界基站请求能量的能量值，其中，S_i(t)为当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，K_ji(t)为确定的当前基站需要向外界基站请求的能量值，S_j(t)和r_j(t)分别为该具体外界基站的控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量，及该具体外界基站的能量收集装置收集的能量，i为当前基站的编号，j为外界基站的编号；

否则，则确定当前基站需要向外界基站分享能量，且根据公式

确定向一个具体外界基站分享的能量值，其中，K_ij(t)为确定的当前基站需要向外界基站分享的能量值，B_j(t)及

分别为存储在蓄电池里的实时电量及电池容量；

其中，算法中，当前基站控制器从能量收集装置控制收集的存储在蓄电池中的能量达到最大值还有多余的可再生能量，通过能量协作的方式给不能满足自身能量要求的基站补充能量；

其中k_ji(t)·k_ij(t)＝0；

电网为基站的供电量的范围：

其中，G_l,i(t)为电网为基站的供电量，

为电网对基站的最大供电量；

电网为蓄电池的供电量的范围：

其中，G_b,i(t)为电网为蓄电池的供电量，

为电网对蓄电池的最大供电量；

蓄电池放电量的范围：

其中，D_i(t)为蓄电池放电量，

为蓄电池放电量最大值；

存储在蓄电池里的实时电量的范围：

溢出能量的范围：0≤M_i(t)≤r_i(t)，其中，M_i(t)为溢出能量；

电池荷电状态为：B_i(t+1)＝B_i(t)-D_i(t)+S_i(t)+G_b,i(t)；

在时隙t，电网的实时电价为C_i(t)，从电网中购买的总电量为G_b,i(t)+G_l,i(t)，所以每个时隙从电网购电的成本为C_i(t)[G_b,i(t)+G_l,i(t)]，目标是最小化从电网消耗能量的平均成本：

其中，N为基站的总数量，T为时隙的个数，P为从电网消耗的平均能量；

在时隙t基站产生的能量需求为：

A_i(t)＝D_i(t)+G_l,i(t)。

2.根据权利要求1所述的基站能量协作方法，其特征在于，在所述步骤S4中，电网向基站供电的方式包括：电网直接为基站供电，或者电网向基站电池进行供电。

3.根据权利要求2所述的基站能量协作方法，其特征在于，当B_i(t)≥D_i(t),D_i(t)≥A_i(t)时，确定基站不向电网请求供电。

4.根据权利要求3所述的基站能量协作方法，其特征在于，当D_i(t)＜A_i(t)时，确定基站向电网请求供电。

5.根据权利要求4所述的基站能量协作方法，其特征在于，当电网向基站供电的方式为电网直接为基站供电时，电网直接为基站供电的电量为G_l,i(t)＝A_i(t)-D_i(t)。

6.根据权利要求5所述的基站能量协作方法，其特征在于，当电网向基站供电的方式为电网向基站电池进行供电时，向基站电池供电的电量为

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