CN111047227A - 基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法 - Google Patents
基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111047227A CN111047227A CN202010174503.6A CN202010174503A CN111047227A CN 111047227 A CN111047227 A CN 111047227A CN 202010174503 A CN202010174503 A CN 202010174503A CN 111047227 A CN111047227 A CN 111047227A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy
- base station
- time slot
- stage
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 59
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 16
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 15
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 description 1
- 230000008080 stochastic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06312—Adjustment or analysis of established resource schedule, e.g. resource or task levelling, or dynamic rescheduling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06313—Resource planning in a project environment
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/008—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks involving trading of energy or energy transmission rights
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
- H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
- H02S10/12—Hybrid wind-PV energy systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/02—Details
- H04L12/10—Current supply arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W72/00—Local resource management
- H04W72/04—Wireless resource allocation
- H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
- H04W72/0473—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being transmission power
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
- H04W88/08—Access point devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
- Y04S20/20—End-user application control systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
- Y04S50/16—Energy services, e.g. dispersed generation or demand or load or energy savings aggregation
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Marketing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明涉及移动通信网络中资源分配技术领域,尤其涉及基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法。
背景技术
将能量收集技术应用到无线蜂窝网络中,可以减小基站对传统电网的能量消耗,这迎合了5G中无线通信绿色演进的愿景。然而,它提供的可再生能源通常具有复杂的时空随机特性。此外,无线蜂窝网络中的移动业务也具有随机时变特性,这些对可再生能源的充分利用和能量可靠供给带来巨大的挑战。
现有基于鲁棒优化的能量管控策略主要从时间或者空间维度上进行能量调度来解决“能量-业务”的时空不匹配问题,从而提高可再生能源利用率,实现节能降耗的目标。
在时间维度上,现有能量管控策略主要通过调整基站的发射功率、基站电池充电和放电速率、电量预购买和实时购买等变量来应对可再生能源和移动业务的时变特性,从而降低电网能量的消耗。文献[S. Gong, L. Duan, and P. Wang. “Robust optimizationof cognitive radio networks powered by energy harvesting,’’Proc. IEEEINFOCOM, Kowloon, Hong Kong, Aug. 2015, pp. 26-29.]提出了一种鲁棒基站发射功率控制策略,既降低了认知无线电网络中次用户对主用户的干扰,也促进了可再生能源有效利用。在此基础上,文献[Y. Cong, and X. Zhou. “Event-trigger based robust-optimal control for energy harvesting transmitter,’’IEEE Trans. Wirel.Commun., vol. 16, no. 2, pp. 744-756, Feb. 2017.]通过联合调整发射功率和电池充放电速率等手段来缓解可再生能源和移动业务的随机波动性。文献[Y. Xu, X. Yu, etal., “Robust energy-efficient power allocation strategy for energyharvesting-aided heterogeneous cellular networks,’’ Proc.IEEE GlobalSIP,Anaheim California, Nov. 2018, pp. 26-29.]提出了一种鲁棒功率控制方法,该方法在保证最差情况下用户的业务传输需求的情况下最小化电网功率消耗。
在空间维度上,现有能量管控策略主要通过基站间的能量共享或负载均衡来达到能量和业务的空间匹配。例如,为了充分利用可再生能源在空间维度的多样性,减小电网能量的消耗,文献[D. W. K. Ng, E. S. Lo, and R. Schober.“Energy cooperation incellular networks with renewable powered base stationsrming for securecommunication in systems with wireless information and power transfer,’’IEEETrans. Wirel. Commun., vol. 13, no. 8, pp. 4599-4615, Aug. 2014.]提出了一种鲁棒能量共享机制来协调各个基站的可再生能源。文献[B. Xu,Y. Chen,et al.,“Energy-aware power control in energy cooperation aided millimeter wave cellularnetworks with renewable energy resources,’’IEEE Access, vol. 5, pp. 432-442,Dec.2016.]设计了一种基站间的能量共享策略,将基站的剩余可再生能源传输给别的能量匮乏而业务量较大的基站,从而提高了可再生能源利用率。文献[J. Xu, Y. Zou,et al.,“Robust Transmissions in Wireless-Powered Multi-Relay Networks With ChanceInterference Constraints,’’IEEE Trans. Commun., vol. 67, no. 2, pp. 973-987,Feb. 2019.]提出了鲁棒能量和通信协作传输策略,通过改变可再生能源和业务的空间分布情况进而实现供需匹配。
然而,以上基于鲁棒优化的能量调度方法现有技术研究,仅仅从时间或者空间某一维度来进行能量调度,鲜有文章综合考虑这两种维度,而单方面的从时间或者空间维度来进行能量调度无法真正实现“能量-业务”时空匹配,导致可再生能源利用率较低。
发明内容
本发明旨在克服前述基于鲁棒优化的能量调度方法现有技术过度依赖于可再生能源和移动业务的先验概率分布信息的问题,提出基于两阶段的“能量-业务”时空匹配的鲁棒能量调度方法。该方法只需要可再生能源和业务需求的上下界信息,不需要事先知道它们的概率分布信息,因此本发明方法相比于传统方法更实际,能更好地适用于大规模动态随机网络。此外,所提方法通过时间和空间两个维度上进行能量调度优化来实现“能量-业务”匹配,不仅保证移动业务传输所需能量可靠供给,也提高可再生能源利用率,进而减小系统对电网能量的消耗。相比传统的仅仅从时间或者空间维度来进行能量调度优化的方法,本发明方法降低基站对电网能量的消耗,进而降低购电成本。
本发明通过下述技术方案实现:
基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,包括调度系统,调度系统包括能量管控中心和多个基站,每个基站装备有太阳能电池板或者风力涡旋机来收集太阳能或者风能,每个基站还配备有限容量的电池;将各个基站用户电力线连接起来实现各个基站间能量共享,每个时隙内能量共享量由能量管控中心协调调度;该调度方法包括如下步骤:
步骤1:获取各个基站在一天中各个时间段的可再生能源到达量和业务需求的上下界信息和,其中,分别表示时隙内可再生能源的最小,最大值;分别表示时隙内移动业务到达量的最小,最大值;并构建业务传输所需要的能量模型,包括两阶段电量购买模型、基站的电池放电模型、能量共享模型、业务传输的能耗模型;
步骤2:根据步骤1中的业务传输所需要的能量模型,构建两阶段能量调度模型,该调度模型联合第一阶段优化变量和第二阶段优化变量来最小化总的电费开支;其中,表示能量管控中心在日前电量预购买阶段给基站购买的用于时隙内移动业务传输的电量,表示基站在时隙内购买的电量,和分别表示基站的电池在时隙的充电量和放电量,表示在时隙内基站共享给基站的能量;
工作原理是:基于鲁棒优化的能量调度方法现有技术过度依赖于可再生能源和移动业务的先验概率分布信息的问题,本发明提出基于两阶段的“能量-业务”时空匹配的鲁棒能量调度方法。本发明方法只需要可再生能源和业务需求的上下界信息,不需要事先知道它们的概率分布信息。此外,该方法通过时间和空间两个维度上进行能量调度优化来实现“能量-业务”匹配,不仅保证移动业务传输所需能量可靠供给,也提高可再生能源利用率,进而减小系统对电网能量的消耗。相比传统的仅仅从时间或者空间维度来进行能量调度优化的方法,本发明方法降低基站对电网能量的消耗,进而降低购电成本。
进一步地,所述调度系统的能量调度周期为一天,且等分为T个时隙。
进一步地,步骤1中的所述两阶段电量购买模型包括日前电量预购买阶段和电量实时购买阶段,具体地:
进一步地,步骤1中的所述基站的电池放电模型具体如下:
进一步地,步骤1中的所述能量共享模型具体如下:
进一步地,步骤1中的所述业务传输的能耗模型具体如下:
进一步地,步骤2中的所述两阶段能量调度模型具体如下:
其中,T表示将一天等分的时隙数量,N表示基站总数目,、分别表示和的集合;表示基站在时隙内移动业务到达量,表示基站在时隙内收集到的可再生能源;分别表示时隙内移动业务到达量的最小,最大值,分别表示时隙内可再生能源的最小,最大值;和分别表示第一和第二的优化变量;其中,表示能量管控中心在日前电量预购买阶段给基站购买的用于时隙内移动业务传输的电量,表示每个间隙欲购买电量的最大值,表示基站在时隙内购买的电量,表示基站在每个时隙购买电量的最大值,表示能量传输的最大值,和分别表示基站的电池在时隙的充电量和放电量,表示在时隙内基站共享给基站的能量;表示在时隙内基站共享给基站的能量;表示基站的电池在时隙的电量,和分别表示的电池每个时隙内充电和放电量最大值,表示基站电池的容量,表示电量预购买价格,表示电量实时购买价格。
进一步地,所述步骤3具体包括如下步骤:
步骤31:参数初始化阶段:具体地,获得一天中每个时隙的可再生能源和移动业务的上下界信息;初始化, ,设置系统允许误差,算法迭代次数初始化为,辅助计数;初始化可再生能源和移动业务为它们集合的任意初始值;
步骤32:求解下面主问题:
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,本发明方法能够保证电池水平严格有界,易于应用到实际系统中;
2、本发明基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,本发明方法的电费消耗明显低于没有电池或者容量共享的方法;
3、本发明基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,本发明方法只需要可再生能源和业务需求的上下界信息,不需要事先知道它们的概率分布信息,因此本发明方法相比于传统方法更实际,能更好地适用于大规模动态随机网络;
4、本发明方法通过时间和空间两个维度上进行能量调度优化来实现“能量-业务”匹配,不仅保证移动业务传输所需能量可靠供给,也提高可再生能源利用率,进而减小系统对电网能量的消耗;相比传统的仅仅从时间或者空间维度来进行能量调度优化的方法,本发明方法降低基站对电网能量的消耗,进而降低购电成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明调度系统框图。
图3为本发明实施例仿真场景示意图。
图4为本发明无线业务和可再生能源到达量示意图。
图5为本发明基站的电池水平示意图。
图6为本发明方法性能随着电池容量变化图(本发明方法与别的方法对比图)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1至图6所示,本发明基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,包括调度系统,调度系统能量调度周期为一天,可以等分为T个时隙。如图2所示,调度系统包括能量管控中心和多个基站,每个基站装备有太阳能电池板或者风力涡旋机来收集太阳能或者风能,每个基站还配备有限容量的电池;基站搜集得到的可再生能源可用于以下三个方面:a、基站业务传输;b、存贮在电池中;c、转移给其它可再生能源匮乏的基站。用分别表示基站在时隙内搜集到的可再生能源和移动业务到达量。和都是随机的、相互独立。
可再生能源和移动业务具有复杂的时空随机特性,常常导致可再生能源与移动业务传输所需要的能量不匹配,即某些基站可再生能源较多而业务较轻,而某些基站可再生能源匮乏而业务负荷较重。因此,为了能够充分利用可再生能源和移动业务的空域多样性,将各个基站用户电力线连接起来允许各个基站进行能量共享。每个时隙内能量共享量由能量管控中心协调调度。
此外,仅仅靠可再生能源、能量共享、电池放电三个方面往往不能满足业务传输所需要的能量,还需要从电网中购买电量来保证业务传输。电量购买过程包含两个阶段,即日前电量预购买和实时电量购买。因此,对于每个基站而言,业务传输所需要的能量来源于五个渠道:a、基站当前时隙搜集到的可再生能源;b、别的基站共享来的能量;c、基站的电池放电;d、日前预购买的电量;e、当前时隙购买的电量。
该调度方法包括如下步骤:
步骤1:获取各个基站在一天中各个时间段的可再生能源到达量和业务需求的上下界信息和,其中,分别表示时隙内可再生能源的最小,最大值;分别表示时隙内移动业务到达量的最小,最大值;并构建业务传输所需要的能量模型,包括两阶段电量购买模型、基站的电池放电模型、能量共享模型、业务传输的能耗模型;
步骤2:根据步骤1中的业务传输所需要的能量模型,构建两阶段能量调度模型,该调度模型联合第一阶段优化变量和第二阶段优化变量来最小化总的电费开支;其中,表示能量管控中心在日前电量预购买阶段给基站购买的用于时隙内移动业务传输的电量,表示基站在时隙内购买的电量,和分别表示基站的电池在时隙的充电量和放电量,表示在时隙内基站共享给基站的能量;
1)日前电量预购买阶段
2)电量实时购买阶段
在日前电量预购买阶段无法预先知道可再生能源和移动业务每个时隙的准确到达量,往往导致预购买电量与业务传输所需要的能量不匹配。当业务传输所需的能量大于当前时隙可用的能量(当前时隙搜集的可再生能源、别的基站共享的能量、电池的放电量、预购买的电量的总和)时,基站需要额外购买电量。用表示基站在时隙内购买的电量。则电量实时购买阶段的电费总花销为:。
具体地:步骤1中的所述基站的电池放电模型具体如下:
具体地:步骤1中的所述能量共享模型具体如下:
表示在时隙内基站共享给基站的能量。如果则表示在时隙内基站给基站传输能量;如果则表示在时隙内基站给基站传输能量;如果则表示在时隙内基站和基站没有进行能量共享。从整个调度系统的角度来说,需满足:,其中表示能量传输的最大值。
具体地:步骤1中的所述业务传输的能耗模型具体如下:
表示基站在时隙内移动业务到达量。基站消耗的能量主要包括两个部分:a)动态能耗;b)静态能耗;前者与业务量成正比,主要涉及业务传输,而后者为静态能耗,与业务无关。则基站在时隙能耗为:,其中,表示正比例系数,表示基站的静态能耗。
基于以上各个模型,本发明提出两阶段能量调度模型来建立问题。该模型联合第一阶段优化变量和第二阶段优化变量来最小化总的电费开支。只是知道每个时隙的可再生能源和移动业务的最小最大值,即,其中分别表示时隙内移动业务到达量的最小,最大值,分别表示时隙内可再生能源的最小,最大值。
其中,T表示将一天等分的时隙数量,N表示基站总数目,、分别表示和的集合;表示基站在时隙内移动业务到达量,表示基站在时隙内收集到的可再生能源;分别表示时隙内移动业务到达量的最小,最大值,分别表示时隙内可再生能源的最小,最大值;和分别表示第一和第二的优化变量;其中,表示能量管控中心在日前电量预购买阶段给基站购买的用于时隙内移动业务传输的电量,表示每个间隙欲购买电量的最大值,表示基站在时隙内购买的电量,表示基站在每个时隙购买电量的最大值,表示能量传输的最大值,和分别表示基站的电池在时隙的充电量和放电量,表示在时隙内基站共享给基站的能量;表示在时隙内基站共享给基站的能量;表示基站的电池在时隙的电量,和分别表示的电池每个时隙内充电和放电量最大值,表示基站电池的容量,表示电量预购买价格,表示电量实时购买价格。
本发明基于经典的列和约束生成算法提出两阶段的“能量-业务”时空匹配的鲁棒能量调度方法,该方法流程为:
步骤32:求解下面主问题:
工作原理是:基于鲁棒优化的能量调度方法现有技术过度依赖于可再生能源和移动业务的先验概率分布信息的问题,本发明提出基于两阶段的“能量-业务”时空匹配的鲁棒能量调度方法。该方法只需要可再生能源和业务需求的上下界信息,不需要事先知道它们的概率分布信息。此外,该方法通过时间和空间两个维度上进行能量调度优化来实现“能量-业务”匹配,不仅保证移动业务传输所需能量可靠供给,也提高可再生能源利用率,进而减小系统对电网能量的消耗。相比传统的仅仅从时间或者空间维度来进行能量调度优化的方法,本发明方法降低基站对电网能量的消耗,进而降低购电成本。
实施步骤:
步骤1,初始化仿真参数:根据图3获得每个时隙的可再生能源和移动业务的不确定集,即。初始化电池初始值为50w,电池最大容量为300W,初始化,设置调度系统允许误差,算法迭代次数初始化为,辅助计数;可再生能源和移动业务为它们集合的任意初始值。
步骤2,在matlab中执行两阶段的“能量-业务”时空匹配的鲁棒能量调度方法。本发明方法的性能与没有电池或者没有能量共享机制的方法进行对比分析,以此来论证了本发明方法的优越性。
经过仿真试验,如图5所示,图5为3个基站的电池水平,可以得出本发明方法能够保证电池水平严格有界,易于应用到实际系统中;如图6所示,图6显示本发明方法随着电池容量的变化关系,本发明方法的电费消耗明显低于没有电池或者容量共享的方法。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,其特征在于,包括调度系统,调度系统包括能量管控中心和多个基站,每个基站装备有太阳能电池板或者风力涡旋机来收集太阳能或者风能,每个基站还配备有限容量的电池;将各个基站用户电力线连接起来实现各个基站间能量共享,每个时隙内能量共享量由能量管控中心协调调度;该调度方法包括如下步骤:
步骤2:根据步骤1中的业务传输所需要的能量模型,构建两阶段能量调度模型,该调度模型联合第一阶段优化变量和第二阶段优化变量来最小化总的电费开支;其中,表示能量管控中心在日前电量预购买阶段给基站购买的用于时隙内移动业务传输的电量,表示基站在时隙内购买的电量,和分别表示基站的电池在时隙的充电量和放电量,表示在时隙内基站共享给基站的能量;
2.根据权利要求1所述的基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,其特征在于,所述调度系统的能量调度周期为一天,且等分为T个时隙。
7.根据权利要求1所述的基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法,其特征在于,步骤2中的所述两阶段能量调度模型具体如下:
其中,T表示将一天等分的时隙数量,N表示基站总数目,、分别表示和的集合;表示基站在时隙内移动业务到达量,表示基站在时隙内收集到的可再生能源;分别表示时隙内移动业务到达量的最小,最大值,分别表示时隙内可再生能源的最小,最大值;和分别表示第一和第二的优化变量;其中,表示能量管控中心在日前电量预购买阶段给基站购买的用于时隙内移动业务传输的电量,表示每个间隙欲购买电量的最大值,表示基站在时隙内购买的电量,表示基站在每个时隙购买电量的最大值,表示能量传输的最大值,和分别表示基站的电池在时隙的充电量和放电量,表示在时隙内基站共享给基站的能量;表示在时隙内基站共享给基站的能量;表示基站的电池在时隙的电量,和分别表示的电池每个时隙内充电和放电量最大值,表示基站电池的容量,表示电量预购买价格,表示电量实时购买价格。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010174503.6A CN111047227B (zh) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | 基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010174503.6A CN111047227B (zh) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | 基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111047227A true CN111047227A (zh) | 2020-04-21 |
CN111047227B CN111047227B (zh) | 2020-06-16 |
Family
ID=70231070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010174503.6A Expired - Fee Related CN111047227B (zh) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | 基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111047227B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022168140A1 (ja) * | 2021-02-02 | 2022-08-11 | 日本電信電話株式会社 | 制御装置、制御方法及びプログラム |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102593874A (zh) * | 2012-03-19 | 2012-07-18 | 合肥工业大学 | 一种用于微电网的能量调度方法 |
CN105722174A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-29 | 国网新疆电力公司电力科学研究院 | 异构融合用电信息采集网络中的节点链路调度方法 |
CN106127389A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-16 | 河海大学 | 一种虚拟电厂热电联合调度鲁棒优化模型 |
CN106714222A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-24 | 天津工业大学 | 无线可充电传感网络节点充电次序调度方法 |
CN107565607A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-09 | 华北电力大学(保定) | 一种基于实时电价机制的微电网多时间尺度能量调度方法 |
CN107800153A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-13 | 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 | 一种电蓄热消纳风电的电热能量滚动鲁棒调度方法 |
AU2019100818A4 (en) * | 2019-06-26 | 2019-09-05 | North China Electric Power University | Method for master-slave coordination and optimization of power grid peak shaving auxiliary service market |
-
2020
- 2020-03-13 CN CN202010174503.6A patent/CN111047227B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102593874A (zh) * | 2012-03-19 | 2012-07-18 | 合肥工业大学 | 一种用于微电网的能量调度方法 |
CN105722174A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-29 | 国网新疆电力公司电力科学研究院 | 异构融合用电信息采集网络中的节点链路调度方法 |
CN106127389A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-16 | 河海大学 | 一种虚拟电厂热电联合调度鲁棒优化模型 |
CN106714222A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-24 | 天津工业大学 | 无线可充电传感网络节点充电次序调度方法 |
CN107565607A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-09 | 华北电力大学(保定) | 一种基于实时电价机制的微电网多时间尺度能量调度方法 |
CN107800153A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-13 | 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 | 一种电蓄热消纳风电的电热能量滚动鲁棒调度方法 |
AU2019100818A4 (en) * | 2019-06-26 | 2019-09-05 | North China Electric Power University | Method for master-slave coordination and optimization of power grid peak shaving auxiliary service market |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
高昇宇 等: ""城市智能光储充电塔自适应鲁棒日前优化调度"", 《电力系统自动化》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022168140A1 (ja) * | 2021-02-02 | 2022-08-11 | 日本電信電話株式会社 | 制御装置、制御方法及びプログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111047227B (zh) | 2020-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102665282B (zh) | 无线异构网络多用户并行传输资源的分配方法 | |
CN107508284B (zh) | 计及电气互联的微电网分布式优化调度方法 | |
Jin et al. | Energy efficient algorithms for electric vehicle charging with intermittent renewable energy sources | |
Abd Eldjalil et al. | Optimal priority-queuing for EV charging-discharging service based on cloud computing | |
CN114155103A (zh) | 基于区块链合作博弈的能量共享联盟灵活性交易方法 | |
CN105956693B (zh) | 一种基于分布式梯度算法的虚拟电厂经济调度方法 | |
CN115360804B (zh) | 一种有序充电系统及有序充电方法 | |
US20220294224A1 (en) | Operation decision-making method for centralized cloud energy storage capable of participating in power grid auxiliary services | |
CN115587668A (zh) | 多园区综合能源系统分布式协同优化调度方法 | |
CN103582100A (zh) | 一种在动态能量获取下的ofdma下行系统的动态资源分配方法 | |
Han et al. | Hybrid energy ratio allocation algorithm in a multi-base-station collaboration system | |
CN111047227B (zh) | 基于两阶段的能量和业务时空匹配的鲁棒能量调度方法 | |
CN108964048A (zh) | 微电网容量配置与运行调度方法及装置 | |
CN115310291A (zh) | 考虑电动汽车动态接入特性的智能楼宇群能量管理方法 | |
Diamantoulakis et al. | Game theoretic approach to demand side management in smart grid with user-dependent acceptance prices | |
Said et al. | Advanced scheduling protocol for electric vehicle home charging with time-of-use pricing | |
CN117132017A (zh) | 基于合作博弈理论和cps分层架构的共享储能运行优化方法 | |
CN112330492A (zh) | 一种基于通信可靠性约束的主动配电网能源共享方法 | |
Peng et al. | Dynamic-priority-based real-time charging management for plug-in electric vehicles in smart grid | |
CN115693737A (zh) | 一种基于v2g电动汽车聚合参与配电网调度的方法 | |
CN114529220A (zh) | 一种考虑储能动态调度容量的多站融合经济调度方法 | |
CN111768311B (zh) | 一种基于双级最优充电策略的微电网能量管理系统 | |
CN109219069B (zh) | 基于多运营商合作的绿色回程网络的能源分配和定价方法 | |
Zhang et al. | A novel large-scale EV charging scheduling algorithm considering V2G and reactive power management based on ADMM | |
Qiao et al. | Multiple time-scale energy scheduling with energy harvesting aided heterogeneous cloud radio access networks |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200616 Termination date: 20210313 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |