[发明专利]基于电网与基站协同的电网供需调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据能量供需比的高低来调整通信基站的耗能量、实现通信基站（电力用户）的最大化能效比的方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着智能移动终端的普及，各种高速数据应用业务快速增长，通信行业的能量消耗也以惊人的速度上升。据报道，包括蜂窝网络在内的整个信息通信行业的能耗占到了全球二氧化碳排放量的2%。移动运营商的能耗在信息通信行业中居于最高，且移动网络的能耗增长速度远远超过整个行业平均水平。据统计，无线基站（Base Station, BS）能耗已经占到移动通信的近60%。无线基站的巨大能耗也产生了大量电费支出，在成熟的欧洲市场，移动运营商大约18%的运营支出用于电费；在发展中国家印度则至少占到32%，而仅中国联通2012年电费支出就近百亿元。因此，对基站侧的节能和能量有效性的研究显得格外有意义。

智能电网中既包含传统能源，又包含易波动的新能源，能源构成的多样化容易导致能量的供应出现波动和起伏。此外，社会总的耗能量也在不断变化，如何在已有的需求侧响应机制下保证电能供需的瞬间平衡，维护电网的稳定，同时使电力资源得到合理配置和高效利用也成为电网迫切需要解决的问题。

目前已有不少文献提出蜂窝网络基站节能和提高能量有效性的方法，如有的文献在主蜂窝与家庭基站同时具有认知能力的异构认知网络中，基于博弈论研究频谱共享与功率分配的能量效率问题。有的文献对OFDMA网络下行链路中的导频信号与数据之间的功率进行分配以最大化能量效率。有的文献对代价有效的绿色蜂窝网络中的蜂窝半径缩放进行研究。有的文献对基于OFDM的认知网络进行能量有效的子信道和功率分配。有的文献建立下行MIMO 系统能效模型，设计一个完成下行MIMO系统最优能效的自适应功率分配算法。有的文献对存在多小区干扰和越区切换情况下蜂窝网络的网络频谱效率和能量效率函数进行研究。但是，上述研究仅仅考虑了基站本身的能耗问题且未涉及能量捕获维度，由于移动通信基站能耗量巨大，这种单一从基站本身入手来降低能耗的方法逐渐显得力不从心。

目前仅有少量文献对智能电网供电下的无线通信网络的能效问题进行了研究。有的文献提到电网与BS（基站）可以合作节能，将BS作为电力用户或电器，BS可以与其它BS以及电力系统合作来管理能量的消耗，将BS纳入智能电网可以极大地提升功率效率，而不影响QoS（服务质量）和容量；有的文献研究基站由常规电网和绿色能源共同供电时，通过最大化绿色能源的利用以节约常规电网能源，绿色能源的生产和信息流量的时空多样性决定绿色能源的最优利用情况，但是仅考虑的是中时间尺度的蜂窝服务半径缩放措施；有的文献研究存在多个电力零售商供电下的基站，通过基站和电力零售商的双向选择博弈，实现基站最优能效和电力零售商利益的最大化；有的文献对包含可再生能源和常规能源供电下的基站能效进行了研究，其方法分为基于分数规划的离线资源分配和基于随机动态规划的在线资源分配。但上述文献所提方法没有考虑电网的能量供需比，不能有效调节电网电能量的波动，因此不能起到稳定电网的作用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于电网与基站协同的电网供需调节方法，使基站发射的信息量与所消耗的能量之比最大，并保证电能供需的瞬间平衡，维护电网的稳定。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种基于电网与基站协同的电网供需调节方法，所述方法将能量供需比作为智能电网中的供能主体与基站之间互动的主要参量，以最大化能效比为目标，建立基站下行链路OFDM系统的认知基站子信道和功率优化分配模型，通过对认知基站子信道和功率优化分配模型进行分步求解得到通信基站资源的分配方案，使基站发射的信息量与所消耗的能量之比最大，并保证电能供需的瞬间平衡，维护电网的稳定。

上述基于电网与基站协同的电网供需调节方法，所述方法包括以下步骤：

a.智能电网中的供电主体与通信基站耗能主体相连，智能电网在给基站供应电力的同时与基站保持通信联络，传递的数据包括供电主体的供电总容量和各耗能主体的消耗能量；

b.通信基站根据上述信息计算相应的能量供需比                                                ：

其中表示电力用户认知基站在时隙t消耗的总功率，表示供电区域预定的总功率（即供电主体的供电总容量）；

c.以最大化能效比为目标，对基站下行链路OFDM系统建立认知基站子信道和功率优化分配模型：

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