一种考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法

技术领域

本发明涉及一种电力需求响应技术领域，具体是一种考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法。

背景技术

我国正值能源供需体系向绿色、低碳、高效转型的时刻，且2019年国家电网提出了“三型两网、世界一流”的战略目标，建设泛在电力物联网是落实该目标的核心任务。大量的清洁能源接入系统，但其发电存在间歇性和不稳定性，给电力系统的安全稳定运行带来极大的挑战。储能技术拥有快速充放电的特性，可以提高对可再生能源的消纳能力；并且可使能量时空转移，打破实时供需平衡限制，满足削峰填谷、减少备用容量的需求。

虚拟电厂作为泛在电力物联网的典型应用，通过虚拟电厂平台可以汇聚大量的用户侧资源，实现对于需求侧资源的充分利用。通信基站备用储能具有数量巨大、分布范围广的特点，通过虚拟电厂平台可以汇聚大量的分布式资源。

储能系统作为一种重要的需求响应资源，可以平抑可再生能源出力的波动，提高可再生能源发电的并网运行能力；还可电网中起到削峰填谷、减少备用容量等作用，能够增加虚拟电厂的可控性、灵活性和清洁性，从而提高整个系统运行的经济性与可靠性。然而电网储能设备初始投资成本高，建设周期长，经济效益不显著。目前，我国5G网络建设进入大规模部署阶段，其备用储能众多，且在电力系统正常运行时，其内部备用储能一直处于闲置状态，是电力系统能够灵活调度的最佳选择。目前关于充分利用现有储能的研究很少，未考虑到通信基站备用储能发电容量的测量，也未考虑到基站储能的后备电源特性，因此本发明具有重要的理论意义与应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法，所提出的方法确定了在保证基站备用需求时单个通信基站备用储能发电容量，实现了单个通信基站备用储能建模，并进行通信基站备用储能聚类编组，构建通信基站虚拟电厂，实现考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量的测量，为通信基站备用储能参与电力系统调度提供了技术支撑。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法，所述方法包括以下步骤：

1)确定单个通信基站备用储能发电容量；

2)建立单个通信基站备用储能模型；

3)聚合通信基站备用储能构建虚拟电厂。

进一步地，所述步骤1)确定单个通信基站备用储能发电容量按以下步骤进行：

影响储能蓄电池配置容量的主要因素为负荷电流以及电池后备时间，主要通过运作维修人员从发现通信基站停电到赶至基站现场发电所需时间以及基站运行场景，储能蓄电池组配备容量按下式：

式中，Q为储能蓄电池组配置的总容量(Ah)；η为放电容量系数，与放电时长有关；α为电池温度系数，α＝0.008；t为基站蓄电池组所在地最低环境温度(℃)，按15℃考虑，若无采暖设备，则按照5℃考虑；K为安全系数，K＝1.25；I为负荷电流(A)，按基站需求计算；T为蓄电池组备用时间(h)；

由于通信基站储能的发电容量要考虑基站备用需求，故基站电池储能设备可调节潜力可以通过基站蓄电池组配置容量扣除其不同负载下备用需求后，基站蓄电池组的剩余可调容量W

W

P

式中，W

储能设备的充放电潜力单位时间(1h)更新一次，即根据不同时段不同电力负荷情况更新可参与系统调度的蓄电池容量C

W

W

式中，W

进一步地，所述步骤2)建立单个通信基站备用储能模型按以下步骤进行：

基站储能设备工作状态可分为充电、放电和闲置三种情况，为了保护蓄电池，延长其使用寿命，蓄电池不能进行过充电和过放电,储能模型为：

(1)充放电功率约束：

P

(2)SOC约束：

DoD＝1-SOC (10)

(3)为方便系统进行以日为单位的周期性调度，储能设施每日的始末SOC状态需保持一致，其约束条件可表示为：

式中，C为电池总容量，即储能设备发电容量上限W

进一步地，所述步骤3)聚合通信基站备用储能构建虚拟电厂按以下步骤进行：

第1步：基站储能调节潜力评估指标：

S1：动态响应指标g

式中，S

S2容量支撑指标g

式中，C

S3功率支撑指标g

式中，η为基站储能单元i的充放电效率，P

第2步：调节潜力相似度比较：

在得到单个基站储能资源的调节特性指标后，选取动态响应指标g

式中：ε

第3步：动态聚合编组：

计算完每两种资源之间的相似度后，按照凝聚层次聚类法对基站储能资源进行聚合，将调节特性一致的基站聚合编组为一个虚拟机组,将同供电区域内的虚拟机组聚合构建虚拟电厂，每隔1h进行一次聚类编组，更新基站储能可发电容量，最后利用在线参数辨识技术，提取虚拟电厂发电参数，形成虚拟电厂建设技术规范，虚拟电厂出力序列为各机组出力序列的简单加和，但各机组在不同调度或控制策略下，其出力序列的变化情况亦不相同，可设计聚类目标函数如下：

式中：ε

本发明的有益效果：

1、本发明考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法所提出的方法确定了在保证基站备用需求时单个通信基站备用储能发电容量，实现了单个通信基站备用储能建模，并进行通信基站备用储能聚类编组，构建通信基站虚拟电厂，实现考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量的测量，为通信基站备用储能参与电力系统调度提供了技术支撑。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种考虑备用需求的通信基站虚拟电厂发电容量测量方法，如图1所示：

步骤一：确定单个通信基站备用储能发电容量。

移动铁塔基站通常配备有电池能量作为备用电源，以防止电力短缺的影响，并且大多数基站甚至配备有柴油发电机作为备用电源。在电力系统正常运行时，基站储能通常工作在闲置/浮充状态；而当电力系统因故无法对通信基站进行供电时，基站储能蓄电池转变为放电状态为基站内的通信设备供电；若电力系统长时间无法供电，则需要启动柴油机为基站通信设备供电。

目前我国常规通信基站设备的功率等级一般在1kW～10kW之间不等，部分核心通信基站的功率会超过10kW，配备的蓄电池组备用电源的功率也应当满足相应条件。为确定单个通信基站备用储能发电容量，首先确定基站备用储能蓄电池组配置标准。影响储能蓄电池配置容量的主要因素为负荷电流以及电池后备时间，常规电池的后备时间为2～8小时，主要通过运作维修人员从发现通信基站停电到赶至基站现场发电所需时间以及基站运行场景(城区、乡镇、农村)等确定。储能蓄电池组配备容量一般按下式：

式中，Q为储能蓄电池组配置的总容量(Ah)；η为放电容量系数，一般与放电时长有关；α为电池温度系数，α＝0.008；t为基站蓄电池组所在地最低环境温度(℃)，按15℃考虑，若无采暖设备，则按照5℃考虑；K为安全系数，K＝1.25；I为负荷电流(A)，按基站需求计算；T为蓄电池组备用时间(h)。

由于通信基站储能的发电容量要考虑基站备用需求，故基站电池储能设备可调节潜力可以通过基站蓄电池组配置容量扣除其不同负载下备用需求后，基站蓄电池组的剩余可调容量W

W

P

式中，W

储能设备的充放电潜力单位时间(1h)更新一次，即根据不同时段不同电力负荷情况更新可参与系统调度的蓄电池容量C

W

W

式中，W

步骤二：建立单个通信基站备用储能模型。

基站储能设备工作状态可分为充电、放电和闲置三种情况，为了保护蓄电池，延长其使用寿命，蓄电池不能进行过充电和过放电。储能模型为：

(1)充放电功率约束：

P

(2)SOC约束：

DoD＝1-SOC (10)

(3)为方便系统进行以日为单位的周期性调度，储能设施每日的始末SOC状态需保持一致，其约束条件可表示为：

式中，C为电池总容量，即储能设备发电容量上限W

步骤三：进行通信基站备用储能聚类编组。

第1步：基站储能调节潜力评估指标

S1动态响应指标g

式中，S

即只有当g

S2容量支撑指标g

式中，C

S3功率支撑指标g

式中，η为基站储能单元i的充放电效率，P

第2步：调节潜力相似度比较

在得到单个基站储能资源的调节特性指标后，选取动态响应指标g

式中：ε

也可按需求选择不同的聚类指标、不同距离计算公式进行相似度比较。

第3步：动态聚合编组

计算完每两种资源之间的相似度后，按照凝聚层次聚类法对基站储能资源进行聚合，将调节特性一致的基站聚合编组为一个虚拟机组,将同供电区域内的虚拟机组聚合构建虚拟电厂，每隔1h进行一次聚类编组，更新基站储能可发电容量。最后利用在线参数辨识技术，提取虚拟电厂发电参数，形成虚拟电厂建设技术规范。虚拟电厂出力序列为各机组出力序列的简单加和，但各机组在不同调度或控制策略下，其出力序列的变化情况亦不相同。

可设计聚类目标函数如下：

式中：ε

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。