本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)和信息無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為基于微電網(wǎng)供電的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)的能源調(diào)度方案的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
：基站數(shù)量的增長(zhǎng)使得電費(fèi)成為移動(dòng)運(yùn)行商的主要開支，另外基站數(shù)量的增長(zhǎng)導(dǎo)致溫室氣體排放增加，進(jìn)一步加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化?！熬G色通信”正是為了解決這些經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題而提出的。在“綠色通信”中，人們開發(fā)清潔而廉價(jià)的可再生資源來為基站供電。微電網(wǎng)正是為了整合可再生資源而發(fā)展起來的。微電網(wǎng)整合了分布式發(fā)電機(jī)、分布式可再生資源以及分布式儲(chǔ)能設(shè)備，目的是以一種更經(jīng)濟(jì)的方式為小區(qū)域內(nèi)的用戶提供電能。關(guān)于“綠色通信”的研究，已有的文獻(xiàn)主要是在滿足用戶需求的前提下使花費(fèi)最小或者最大化用戶的滿意度。然而，這些文獻(xiàn)沒有考慮如何將每一單位的花費(fèi)(代價(jià))發(fā)揮最大效益。針對(duì)微電網(wǎng)供電的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)中每一單位花費(fèi)(代價(jià))的效益，本發(fā)明提出一種效率的度量——代價(jià)效率，表示每一單位花費(fèi)所獲得的多小區(qū)通信系統(tǒng)速率。本發(fā)明考慮一個(gè)整合了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)、分布式電池以及當(dāng)?shù)鼐用駬碛械目稍偕Y源的微電網(wǎng)，并由其對(duì)多小區(qū)的無線通信系統(tǒng)進(jìn)行供電，允許微電網(wǎng)與主電網(wǎng)進(jìn)行電能的買賣，以解決微電網(wǎng)內(nèi)部能源短缺的問題或者賺取利潤(rùn)彌補(bǔ)給基站供電的開支。本發(fā)明首先構(gòu)造了一個(gè)以最大化代價(jià)效率為目標(biāo)的優(yōu)化問題，然后基于Dinkelbach方法和拉格朗日對(duì)偶分解方法設(shè)計(jì)了一種能源調(diào)度和基站發(fā)射功率分配的方案，實(shí)現(xiàn)了在滿足基站服務(wù)質(zhì)量要求的同時(shí)提高代價(jià)效率的目的。該方法的核心思想為：利用Dinkelbach方法將復(fù)雜的非線性分式規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一系列凸問題，并利用拉格朗日對(duì)偶分解方法將轉(zhuǎn)化后的凸問題分解成多個(gè)容易求解的子問題，最終求解得到系統(tǒng)的能源調(diào)度策略和基站發(fā)射功率分配值。該方法得到的能源調(diào)度方案會(huì)響應(yīng)買賣價(jià)格的時(shí)間變化，并在保障移動(dòng)通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)使得系統(tǒng)代價(jià)效率最大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微電網(wǎng)供電的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)能源調(diào)度方法，包括以下步驟：步驟l：設(shè)定小區(qū)個(gè)數(shù)Nc，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)M，居民擁有的可再生資源發(fā)電機(jī)數(shù)量I，電池個(gè)數(shù)J，進(jìn)行能源調(diào)度的時(shí)間窗長(zhǎng)度為T。設(shè)定各個(gè)基站的服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值γn和發(fā)送波束的最大能量各個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出值范圍以及在連續(xù)兩個(gè)時(shí)刻輸出值波動(dòng)范圍電池的電量范圍以及充電電量的最大值和放電電量的最大值設(shè)定各個(gè)可再生資源每個(gè)時(shí)刻發(fā)電量的范圍以及所有可再生資源在每個(gè)時(shí)刻發(fā)電總量的范圍傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)代價(jià)函數(shù)為以及電池充放電損耗函數(shù)為設(shè)定從主電網(wǎng)購(gòu)買電能的價(jià)格πp和向主電網(wǎng)出售電能的價(jià)格πs，以及微電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者對(duì)居民采用可再生資源發(fā)電的行為的補(bǔ)貼價(jià)格πE。初始化迭代次數(shù)k＝0，l＝0，初始化變量值其中n＝1，2，...，N，m＝1，2，...，M，j＝1，2，...，J，t＝1，2，...，T。步驟2：根據(jù)以下公式計(jì)算當(dāng)前代價(jià)效率值η(k)：η(k)=Σt,nRnt(Px,nt(k)(l))ΣtGt(Pnett(k)(l))+Σt,mCmt(PG,mt(k)(l))+Σt,jHjt(|Δjt(k)(l)|)]]>其中，Rnt(Px,nt)=log(1+Px,ntgntσnt)]]>Gt(Pnett)=maxet∈ϵt{(πp-πs)[Pnett-E~t]++πs(Pnett-E~t)+πEE~t},et={Eit}i=1I,E~t=Σi=1IEit]]>ϵt={Eit|Eit,l≤Eit≤Eit,u,Emint≤E~t≤Emaxt},]]>上標(biāo)()(k)表示第k次迭代時(shí)對(duì)應(yīng)的變量值，上標(biāo)()(k)(l)表示第k次外層迭代時(shí)第l次內(nèi)層迭代對(duì)應(yīng)的各變量值，變量表示第n個(gè)小區(qū)的基站在時(shí)刻t發(fā)送波束發(fā)送的能量，表示第n個(gè)小區(qū)的用戶接收到的數(shù)據(jù)速率，是預(yù)設(shè)的常數(shù)向量，是加性高斯白噪聲的方差；表示在時(shí)刻t可再生資源和主電網(wǎng)提供的總的凈能量，是微電網(wǎng)與主電網(wǎng)進(jìn)行能量交易的最差情況交易成本；是第i個(gè)可再生資源在時(shí)刻t的發(fā)電量，εt是可再生資源發(fā)電量在時(shí)刻t滿足的不確定性集；表示第m個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)在時(shí)刻t的輸出；表示第j個(gè)電池在時(shí)刻t的電量變化值，代表可再生資源發(fā)電的輸出在時(shí)刻t向第j個(gè)電池充電的電量，代表第j個(gè)電池在時(shí)刻t由其他途徑得到的充電量或放電量步驟3：利用拉格朗日對(duì)偶分解方法求解下述問題：maxaΣt,nRnt(Px,nt)-η(ΣtGt(Pnett)+Σt,mCmt(PG,mt)+Σt,jHjt(|Pch,jt-PB,jt|))]]>s.t.PG,mt-PG,mt-1≤PG,mup]]>PG,mt-1-PG,mt≤PG,mdown]]>Qjt=Qjt-1+Pch,jt-PB,jt]]>Px,ntgntσn2≥γn---(A)]]>Σn=1Nc(Px,nt+Pc,nt)≤Σm=1MPG,mt-Σj=1J(Pch,jt-PB,jt)+Pnett0≤PG,mt≤PG,mmax,Qjmin≤Qjt≤Qjmax≤Qjcap,0≤Pch,jt≤Pch,jmax-Pch,jmax≤PB,jt≤PB,jmax,0≤Px,nt≤Px,nmax,n=1,2,...,N,m=1,2,...,M,j=1,2,...,J,t=1,2,...,T]]>其中，變量表示所有優(yōu)化變量的集合，是第j個(gè)電池在時(shí)刻t的電量，表示第j個(gè)電池的容量，是第n個(gè)小區(qū)的基站消耗的固定能量，其他變量以及表達(dá)式的物理含義同步驟2。步驟4：更新迭代次數(shù)k＝k+1，并判斷條件是否成立，其中表示判定閾值，其值在0.001～0.000001之間。如果成立則重復(fù)步驟2-4；否則，系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)定各變量后進(jìn)行多小區(qū)通信。進(jìn)一步地，所述的步驟3中拉格朗日對(duì)偶分解方法，具體包括以下步驟：步驟3.1：初始化迭代次數(shù)l＝0以及拉格朗日乘子λt(0)之0；步驟3.2：求解下述四個(gè)子問題：子問題1：子問題2：子問題3：子問題4：得到步驟3.3：計(jì)算次梯度gλt(l)=-(Σn=1Nc(Px,nt(k)(l+1)+Pc,nt)-Σm=1MPG,mt(k)(l+1)+Σj=1J(Pch,jt(k)(l+1)-PB,jt(k)(l+1))-Pnett(k)(l+1))]]>并用次梯度下降法更新拉格朗日乘子λt(l)：λt(l+1)=[λt(l)-μgλt(l)]+]]>步驟3.4：判斷|λt(l)-λt(l-1)|≤ζ是否成立，其中ζ表示判定閾值，其值在0.001～0.000001之間，如果成立則輸出問題(A)的最優(yōu)解，否則增加迭代次數(shù)l＝l+1，并重復(fù)步驟3.2～3.4。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明首先構(gòu)造了一個(gè)以最大化代價(jià)效率為目標(biāo)的優(yōu)化問題，然后基于Dinkelbach方法和拉格朗日對(duì)偶分解方法設(shè)計(jì)了一種能源調(diào)度和基站發(fā)射功率分配的方案，實(shí)現(xiàn)了在滿足基站服務(wù)質(zhì)量要求的同時(shí)提高代價(jià)效率的目的。該方法得到的能源調(diào)度方案會(huì)響應(yīng)買賣價(jià)格的時(shí)間變化，并在保障移動(dòng)通信系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)使得系統(tǒng)代價(jià)效率最大。附圖說明圖1是本發(fā)明所述實(shí)施例采用該方法的系統(tǒng)模型圖。圖2是本發(fā)明所述實(shí)施例采用該方法的具體流程圖。圖3是本發(fā)明所述實(shí)施例的函數(shù)與變量的關(guān)系圖。圖4是本發(fā)明所述實(shí)施例采用該方法的代價(jià)效率和拉格朗日乘子收斂圖。圖5是本發(fā)明所述實(shí)施例的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電量調(diào)度圖。圖6是本發(fā)明所述實(shí)施例的電池充放電量和電池電量以及與主電網(wǎng)交易量調(diào)度圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的和效果更加清楚，下面對(duì)微電網(wǎng)供電的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)及本文發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明考慮一個(gè)微電網(wǎng)供電的多小區(qū)下行鏈路系統(tǒng)模型，如圖1所示。其中，多小區(qū)下行鏈路系統(tǒng)包含Nc個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)包含一個(gè)有Nt根天線的基站和一個(gè)單天線的移動(dòng)用戶，假設(shè)每個(gè)用戶只由所在小區(qū)的基站提供服務(wù)，并且采用迫零的波束成形方案，即固定基站發(fā)送波束的方向，只分配基站的發(fā)射功率。用表示從第n個(gè)小區(qū)的基站到其移動(dòng)用戶的信道，同時(shí)用表示迫零波束向量，用表示發(fā)送波束功率，最大發(fā)射功率為用表示基站n向其用戶發(fā)送的信號(hào)，則有其中snn(t)表示t時(shí)刻基站n其用戶發(fā)送的符號(hào)，其服從均值為0，方差為1的復(fù)高斯分布。由于系統(tǒng)采用迫零波束成形方案，第n個(gè)小區(qū)的用戶接收到的信號(hào)可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)為：定義其中上標(biāo)()H表示共軛轉(zhuǎn)置，并用表示加性高斯白噪聲的方差，則用戶n處的信號(hào)與噪聲比可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)為：SNRnt=Px,ntgntσn2---(2)]]>因此，用戶n接收到的數(shù)據(jù)速率可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)為：Rnt=log(1+SNRnt)---(3)]]>為保障通信質(zhì)量，設(shè)定信噪比的目標(biāo)值為γn，則信噪比需滿足如下約束：SNRnt≥γn---(4)]]>接下來，介紹多小區(qū)通信系統(tǒng)供電的微電網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明考慮的微電網(wǎng)整合了M個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，J個(gè)電池和I個(gè)當(dāng)?shù)鼐用駬碛械目稍偕Y源發(fā)電機(jī)，用表示第m個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻的發(fā)電量，表示的最大值，表示傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)連續(xù)兩個(gè)時(shí)刻的輸出值波動(dòng)范圍，用表示可再生資源向第j個(gè)電池在t時(shí)刻的充電量，表示的最大值，用(或)表示第j個(gè)電池在t時(shí)刻的放電量(或其他途徑在t時(shí)刻向第j個(gè)電池的充電量)，表示最大放電量，用表示第j個(gè)電池在t時(shí)刻的電量，用表示的最大值，用表示第j個(gè)電池的容量，用表示可再生資源和主電網(wǎng)提供的總的凈能量，其中，用表示第i個(gè)可再生資源發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻的發(fā)電量，則在t時(shí)刻從主電網(wǎng)購(gòu)買的電量可以表示為賣給主電網(wǎng)的電量可以表示為其中符號(hào)[x]+＝max{x，0}，符號(hào)[x]-＝min{x，0}。用πp表示從主電網(wǎng)購(gòu)買電的價(jià)格，πs表示向主電網(wǎng)出售電的價(jià)格，πE表示微電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者對(duì)居民采用可再生資源發(fā)電的行為的補(bǔ)貼價(jià)格，為防止微電網(wǎng)無意義的買入賣出賺取利潤(rùn)，設(shè)πp＞πs，則最差情況的交易成本可以用數(shù)學(xué)式表達(dá)為：Gt(Pnett)=maxet∈ϵt{πp[Pnett-E~t]++πs[Pnett-E~t]-+πEE~t}---(5)]]>其中，εt是可再生資源發(fā)電量滿足的不確定性集，可以描述為：ϵt={Eit|Eit,l≤Eit≤Eit,u,Emint≤E~t≤Emaxt}---(6)]]>進(jìn)一步，可將公式(5)重寫如下：Gt(Pnett)=maxet∈ϵt{(πp-πs)[Pnett-E~t]++πs(Pnett-E~t)+πEE~t}---(7)]]>本發(fā)明考慮代價(jià)效率的最大化問題，代價(jià)效率可以定義成所有移動(dòng)用戶的總數(shù)據(jù)速率與為基站供電的總花費(fèi)的比例，因此，一種最大化代價(jià)效率的能源調(diào)度和基站發(fā)送功率分配的優(yōu)化問題可以描述為：(8):---maxaΣt,nRnt(Px,nt)ΣtGt(Pnett)+Σt,mCmt(PG,mt)+Σt,jHjt(|Pch,jt-PB,jt|)]]>s.t.PG,mt-PG,mt-1≤PG,mupPG,mt-1-PG,mt≤PG,mdown---(8-1)]]>Qjt=Qjt-1+Pch,jt-PB,jt---(8-2)]]>Px,ntgntσn2≥γn---(8-3)]]>Σn=1Nc(Px,nt+Pc,nt)≤Σm=1MPG,mt-Σj=1J(Pch,jt-PB,jt)+Pnett---(8-4)]]>0≤PG,mt≤PG,mmax,Qjmin≤Qjt≤Qjmax≤Qjcap,0≤Pch,jt≤Pch,jmax,-Pch,jmax≤PB,jt≤PB,jmax,0≤Px,nt≤Px,nmaxn=1,2,...,N,m=1,2,...,M,j=1,2,...,J,t=1,2,...,T---(8-5)]]>其中，表示所有變量的集合，問題(8)中的約束(8-1)限制了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)在前后兩個(gè)連續(xù)時(shí)刻的輸出波動(dòng)幅度，為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)代價(jià)函數(shù)，為電池充放電損耗函數(shù)，約束(8-2)描述了電池的充放電引起電量變化的動(dòng)態(tài)方程，約束(8-3)是第n個(gè)基站用戶的最低服務(wù)質(zhì)量(QoS，qualityofservice)約束，約束(8-4)是所有基站能耗的限制，即所有基站的總能耗不會(huì)超過微電網(wǎng)以及主電網(wǎng)提供的總能量，其中，是第n個(gè)小區(qū)的基站消耗的固定能量，約束(8-5)限制了各個(gè)優(yōu)化變量的取值范圍。問題(8)是非線性規(guī)劃問題，在數(shù)學(xué)上很難直接求解。針對(duì)如此復(fù)雜的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于Dinkelbach方法和拉格朗日對(duì)偶分解方法的能源調(diào)度和基站發(fā)射功率分配的方案。該方法的核心思想為：利用Dinkelbach方法將復(fù)雜的非線性分式規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一系列凸問題，并利用拉格朗日對(duì)偶分解方法將轉(zhuǎn)化后的凸問題分解成多個(gè)容易求解的子問題，最終求解得到系統(tǒng)的能源調(diào)度策略和基站發(fā)射功率分配值。根據(jù)該方法的思想，具體實(shí)施如下：首先，根據(jù)Dinkelbach方法，問題(8)等價(jià)于解決如下凸優(yōu)化問題：(9):---maxaΣt,nRnt(Px,nt)-η(ΣtGt(Pnett)+Σt,mCmt(PG,mt)+Σt,jHjt(|Pch,jt-PB,jt|))]]>s.t.PG,mt-PG,mt-1≤PG,mupPG,mt-1-PG,mt≤PG,mdown---(9-1)]]>Qjt=Qjt-1+Pch,jt-PB,jt---(9-2)]]>Px,ntgntσn2≥γn---(9-3)]]>Σn=1Nc(Px,nt+Pc,nt)≤Σm=1MPG,mt-Σj=1J(Pch,jt-PB,jt)+Pnett---(9-4)]]>0≤PG,mt≤PG,mmax,Qjmin≤Qjt≤Qjmax≤Qjcap,0≤Pch,jt≤Pch,jmax,-Pch,jmax≤PB,jt≤PB,jmax,0≤Px,nt≤Px,nmaxn=1,2,...,N,m=1,2,...,M,j=1,2,...,J,t=1,2,...,T---(9-5)]]>其中，η由如下數(shù)學(xué)表達(dá)式迭代求出：η(k)=Σt,nRnt(Px,nt(k)(l))ΣtGt(Pnett(k)(l))+Σt,mCmt(PG,mt(k)(l))+Σt,jHjt(|Δjt(k)(l)|)---(10)]]>上式中，上標(biāo)()（k)表示第k次迭代時(shí)對(duì)應(yīng)的變量值，上標(biāo)()(k)(l)表示第k次外層迭代時(shí)第l次內(nèi)層迭代對(duì)應(yīng)的各變量值。η(k)將收斂于最佳的代價(jià)效率值，也就是：η*=Σt,nRnt(Px,nt*)ΣtGt(Pnett*)+Σt,mCmt(PG,mt*)+Σt,jHjt(|Δjt*|)---(11)]]>上式中，上標(biāo)()*表示各變量取得最優(yōu)值然后，給定η(k)，對(duì)于問題(9)，可以利用拉格朗日對(duì)偶分解方法進(jìn)行求解。該方法的主要思想描述如下：首先，對(duì)耦合了各變量值的約束(9-4)引入拉格朗日乘子得到問題(9)的部分拉格朗日函數(shù)：L(a,{λt})=ΔΣt,nRnt(Px,nt)-η(ΣtGt(Pnett)+Σt,mCmt(PG,mt)+Σt,jHjt(|Pch,jt-PB,jt|))-Σtλt(Σn=1Nc(Px,nt+Pc,nt)-Σm=1MPG,mt+Σj=1J(Pch,jt-PB,jt)-Pnett)---(12)]]>則其對(duì)偶函數(shù)可寫為：d({λt})=ΔmaxaL(a,{λt})---(13)]]>s.t.PG,mt-PG,mt-1≤PG,mup]]>PG,mt-1-PG,mt≤PG,mdown]]>Qjt=Qjt-1+Pch,jt-PB,jt]]>Px,ntgntσn2≥γn]]>0≤PG,mt≤PG,mmax,Qjmin≤Qjt≤Qjmax≤Qjcap,0≤Pch,jt≤Pch,jmax,-Pch,jmax≤PB,jt≤PB,jmax,0≤Px,nt≤Px,nmax,n=1,2,...,N,m=1,2,...,M,j=1,2,...,J,t=1,2,...,T]]>因此，對(duì)偶問題可描述為：min{λt}≥0d({λt})---(14)]]>然后，將上述問題(13)分解為4個(gè)子問題：子問題1∶子問題2：子問題3：子問題4：接下來對(duì)4個(gè)子問題分別進(jìn)行求解：子問題1：子問題1是關(guān)于的單變量凸問題，最優(yōu)解在駐點(diǎn)處或者在取值范圍的邊界處。將子問題1對(duì)求導(dǎo)數(shù)，利用一階優(yōu)化條件，得到駐點(diǎn)因此得到的最優(yōu)解：Px,nt(k)(l+1)=Px,nt*=Px,nmax,Px,nts≥Px,nmaxPx,nts,γnσn2/gnt<Px,nts<Px,nmaxγnσn2/gnt,Px,nts≤γnσn2/gnt---(15)]]>子問題2和子問題3：這兩個(gè)子問題較為復(fù)雜，可以利用內(nèi)點(diǎn)算法進(jìn)行求解，得到最優(yōu)解：PG,mt(k)(l+1)=PG,mt*=1,2,..,MPch,jt(k)(l+1)=Pch,jt*,]]>PB,jt(k)(l+1)=PB,jt*,Qjt(k)(l+1)=Qjt*,j=1,2,...,J,t=1,2,...,T]]>由于內(nèi)點(diǎn)法是一種廣為人知的算法，這里不再贅述。子問題4：為方便求解，定義函數(shù)并將其寫成分段形式：C~t(Pnett)=(ηπp-λt)Pnett+η(πE-πp)E~t*,Pnett≥E~t*(ηπs-λt)Pnett+η(πE-πs)E~t*,Pnett<E~t*---(16)]]>其中，可以利用單純形法進(jìn)行求解，由于單純形法比較簡(jiǎn)單，這里不再贅述。為了求解最優(yōu)解，可以借助函數(shù)的圖像用幾何的方法輔助求解。根據(jù)η(k)πp，λt(l)和η(k)πs的數(shù)量關(guān)系，函數(shù)的形狀有6種可能，如圖3所示，因此，可以將子問題4的最優(yōu)解分成以下3種情況：情況1：當(dāng)η(k)πp＞λt(l)＞η(k)πs時(shí)，子問題4有唯一的最優(yōu)解情況2：當(dāng)η(k)πp＞η(k)πs＞λt(l)或者λt(l)＞η(k)πp＞η(k)πs時(shí)，子問題4無下界。由于最優(yōu)解一定是在約束等號(hào)成立時(shí)取得的，用前面得到的最優(yōu)解求出子問題4的最優(yōu)解：Pnett(k)(l+1)=Σn=1Nc(Px,nt(k)(l+1)+Pc,nt)-Σm=1MPG,mt(k)(l+1)+Σj=1J(Pch,jt(k)(l+1)-PB,jt(k)(l+1))---(17)]]>情況3：當(dāng)η(k)πp＝λt(l)＞η(k)πs或者η(k)πp＞λt(l)＝η(k)πs時(shí)，子問題4有不只一個(gè)最優(yōu)解，與情況2類似，求出最優(yōu)解同(17)。因此子問題4的最優(yōu)解如下：接下來，根據(jù)上述4個(gè)子問題求解得到的最優(yōu)解可以計(jì)算對(duì)偶函數(shù)d({λt})的次梯度：gλt(l)=-(Σn=1Nc(Px,nt(l+1)+Pc,nt)-Σm=1MPG,mt(l+1)+Σj=1J(Pch,jt(l+1)-PB,jt(l+1))-Pnett(l+1))---(19)]]>并利用次梯度下降方法對(duì)進(jìn)行迭代更新，更新方程可以寫為：λt(l+1)=[λt(l)-μgλt(l)]+---(20)]]>上式中，最終將收斂到最優(yōu)的即對(duì)偶問題(14)的最優(yōu)解，同時(shí)可以得到原問題(9)的最優(yōu)解迭代地求解問題(9)可以保證系統(tǒng)代價(jià)效率逐漸提高，直至收斂，最后得到最優(yōu)的能源調(diào)度策略和發(fā)送功率分配方案。圖2給出了上述能源調(diào)度和發(fā)送功率分配方法的流程圖。根據(jù)流程圖2，一種微電網(wǎng)供電的多小區(qū)無線通信系統(tǒng)能源調(diào)度方法，包括以下步驟：步驟1：設(shè)定小區(qū)個(gè)數(shù)Nc，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)M，居民擁有的可再生資源發(fā)電機(jī)數(shù)量I，電池個(gè)數(shù)J，進(jìn)行能源調(diào)度的時(shí)間窗長(zhǎng)度為T。設(shè)定各個(gè)基站的服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)值γn和發(fā)送波束的最大能量各個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的輸出值范圍以及在連續(xù)兩個(gè)時(shí)刻輸出值波動(dòng)范圍電池的電量范圍以及充電電量的最大值和放電電量的最大值設(shè)定各個(gè)可再生資源每個(gè)時(shí)刻發(fā)電量的范圍以及所有可再生資源在每個(gè)時(shí)刻發(fā)電總量的范圍傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)代價(jià)函數(shù)為以及電池充放電損耗函數(shù)為設(shè)定從主電網(wǎng)購(gòu)買電能的價(jià)格πp和向主電網(wǎng)出售電能的價(jià)格πs，以及微電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者對(duì)居民采用可再生資源發(fā)電的行為的補(bǔ)貼價(jià)格πE。初始化迭代次數(shù)k＝0，l＝0，初始化變量值其中n＝1，2，...，N，m＝1，2，...，M，j＝1，2，...，J，t＝1，2，...，T。步驟2：根據(jù)以下公式計(jì)算當(dāng)前代價(jià)效率值η(k)：η(k)=Σt,nRnt(Px,nt(k)(l))ΣtGt(Pnett(k)(l))+Σt,mCmt(PG,mt(k)(l))+Σt,jHjt(|Δjt(k)(l)|)]]>其中，Rnt(Px,nt)=log(1+Px,ntgntσnt)]]>Gt(Pnett)=maxet∈ϵt{(πp-πs)[Pnett-E~t]++πs(Pnett-E~t)+πEE~t},et={Eit}i=1I,E~t=Σi=1IEit]]>ϵt={Eit|Eit,l≤Eit≤Eit,u,Emint≤E~t≤Emaxt},]]>上標(biāo)()(k)表示第k次迭代時(shí)對(duì)應(yīng)的變量值，上標(biāo)()(k)(l)表示第k次外層迭代時(shí)第l次內(nèi)層迭代對(duì)應(yīng)的各變量值，變量表示第n個(gè)小區(qū)的基站在時(shí)刻t發(fā)送波束發(fā)送的能量，表示第n個(gè)小區(qū)的用戶接收到的數(shù)據(jù)速率，是預(yù)設(shè)的常數(shù)向量，是加性高斯白噪聲的方差；表示在時(shí)刻t可再生資源和主電網(wǎng)提供的總的凈能量，是微電網(wǎng)與主電網(wǎng)進(jìn)行能量交易的最差情況交易成本；是第i個(gè)可再生資源在時(shí)刻t的發(fā)電量，εt是可再生資源發(fā)電量在時(shí)刻t滿足的不確定性集；表示第m個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)在時(shí)刻t的輸出；表示第j個(gè)電池在時(shí)刻t的電量變化值，代表可再生資源發(fā)電的輸出在時(shí)刻t向第j個(gè)電池充電的電量，代表第j個(gè)電池在時(shí)刻t由其他途徑得到的充電量或放電量步驟3：利用拉格朗日對(duì)偶分解方法求解下述問題：maxaΣt,nRnt(Px,nt)-η(ΣtGt(Pnett)+Σt,mCmt(PG,mt)+Σt,jHjt(|Pch,jt-PB,jt|))]]>s.t.PG,mt-PG,mt-1≤PG,mup]]>PG,mt-1-PG,mt≤PG,mdown]]>Qjt=Qjt-1+Pch,jt-PB,jt]]>Px,ntgntσn2≥γn---(A)]]>Σn=1Nc(Px,nt+Pc,nt)≤Σm=1MPG,mt-Σj=1J(Pch,jt-PB,jt)+Pnett]]>0≤PG,mt≤PG,mmax,Qjmin≤Qjt≤Qjmax≤Qjcap,0≤Pch,jt≤Pch,jmax-Pch,jmax≤PB,jt≤PB,jmax,0≤Px,nt≤Px,nmax,n=1,2,...,N,m=1,2,...,M,j=1,2,...,J,t=1,2,...,T]]>其中，變量表示所有優(yōu)化變量的集合，是第j個(gè)電池在時(shí)刻t的電量，表示第j個(gè)電池的容量，是第n個(gè)小區(qū)的基站消耗的固定能量，其他變量以及表達(dá)式的物理含義同步驟2。步驟4：更新迭代次數(shù)k＝k+1，并判斷條件是否成立，其中表示判定閾值，其值在0.001～0.000001之間。如果成立則重復(fù)步驟2-4；否則，系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)定各變量后進(jìn)行多小區(qū)通信。另外，步驟3中拉格朗日對(duì)偶分解方法，具體包括以下步驟：步驟3.1：初始化迭代次數(shù)l＝0以及拉格朗日乘子λt(0)之0；步驟3.2：求解下述四個(gè)子問題：子問題1：子問題2：子問題3：子問題4：得到步驟3.3：計(jì)算次梯度gλt(l)=-(Σn=1Nc(Px,nt(k)(l+1)+Pc,nt)-Σm=1MPG,mt(k)(l+1)+Σj=1J(Pch,jt(k)(l+1)-PB,jt(k)(l+1))-Pnett(k)(l+1))]]>并用次梯度下降法更新拉格朗日乘子λt(l)：λt(l+1)=[λt(l)-μgλt(l)]+]]>步驟3.4：判斷|λt(l)-λt(l-1)|≤ζ是否成立，其中ζ表示判定閾值，其值在0.001～0.000001之間，如果成立則輸出問題(A)的最優(yōu)解，否則增加迭代次數(shù)l＝l+1，并重復(fù)步驟3.2～3.4。圖4-6是本發(fā)明通過Matlab對(duì)所設(shè)計(jì)方案的仿真驗(yàn)證。參數(shù)具體設(shè)置為：Nc＝2，Nt＝4，Pc，n＝Pc＝70dBm，γn＝γ＝10dB，M＝3，J＝2，I＝5，πE＝0.1＄/kWh，T＝8，對(duì)應(yīng)時(shí)間16：00-24：00。同時(shí)，設(shè)定傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)代價(jià)函數(shù)以及電池充放電損耗函數(shù)am、bm、cj等其他參數(shù)的設(shè)置如表格1-4所示。表1傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)表表2電池的相關(guān)參數(shù)表表3可再生資源發(fā)電的相關(guān)參數(shù)表表4隨時(shí)間變化的市場(chǎng)價(jià)格表時(shí)段12345678πp0.3020.341.7242.222.1561.7980.4060.368πs0.1020.140.2240.420.4660.3980.2060.168圖4給出了本發(fā)明方法的收斂效果。從圖中可以看出，本發(fā)明方法能夠在保障移動(dòng)通信服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)使得系統(tǒng)代價(jià)效率隨著迭代次數(shù)增加而不斷提高直至最終收斂。圖5給出了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電量調(diào)度圖，其中縱坐標(biāo)表示發(fā)電量，單位為kWh，橫坐標(biāo)表示時(shí)段，由圖可以看出：2號(hào)和3號(hào)統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出量最高的時(shí)刻是從時(shí)段4到時(shí)段6，對(duì)應(yīng)時(shí)間19：00-22：00。這是因?yàn)檫@段時(shí)間是用電高峰期，向主電網(wǎng)買電的價(jià)格比較高，因此發(fā)電機(jī)輸出更多的電量以避免向主電網(wǎng)買電來節(jié)省開支。同時(shí)由圖5可以看出，1號(hào)發(fā)電機(jī)幾乎不輸出任何電量，這是因?yàn)?號(hào)發(fā)電機(jī)的發(fā)電成本太高了。圖6給出了電池充放電量和電池電量調(diào)度以及與主電網(wǎng)交易量圖。橫坐標(biāo)表示時(shí)段，縱坐標(biāo)表示能量，單位為kWh。從圖6可以看出：從時(shí)段4到時(shí)段6，電池放電量較大，充電量較少，這是因?yàn)檫@段時(shí)間是用電高峰期，向主電網(wǎng)買電的價(jià)格比較高，因此電池放更多的電量，充更少的電以避免向主電網(wǎng)買電以節(jié)省開支。結(jié)果是，從時(shí)段4開始，電池電量開始下降。定義表示向主電網(wǎng)購(gòu)買的電量或者賣給主電網(wǎng)的電量由圖可以看出，的變化趨勢(shì)與電池放電量一致，也就是電價(jià)較高時(shí)，較多的賣給主電網(wǎng)來彌補(bǔ)開銷，電價(jià)較低時(shí)，較多的買入電量削減交易成本本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方案實(shí)施本發(fā)明。因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3