一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳方法

本发明涉及5G基站与光储融合参与电网互动领域，尤其涉及一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳方法。

背景技术

随着工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》，我国通信行业发展迅速，5G技术愈发成熟，5G基站成指数型增长，截止2020年底，5G基站的数量已超过60万个。然而， 5G基站的功耗是4G基站的3-4倍，基站大规模部署随之而来的是基站高能耗高成本问题日益明显，如何降低5G基站的用电成本成为运营商亟需解决的问题。降低5G基站的运营成本可以从5G软件节能技术和引入配套设备两个方面出发。5G软件节能技术主要包括符号关断、时隙关断、通道关断、PA调压、载波关断和深度休眠等措施。在引入配套设备方面，支持5G基站自建屋顶分布式光伏发电配套系统，探索利用锂电池等作为5G基站多元化储能和备用电源装置。通信运营商可以为5G基站搭配“光伏+储能”配套设备降低基站运营成本，然而光伏出力具有间歇性、波动性特点，大规模屋顶分布式光伏消纳比较困难，存在严重的弃光现象。因此，如何利用5G基站的节能技术和配套设备来促进光伏消纳和降低运营成本成为研究重点。

中国专利公开号CN202022026821.6公开了一种新型节能光伏供电一体化5G基站，所述基站塔体的顶端安装有风力发电机，所述风力发电机的上方位于中心位置处安装有避雷针；中国专利公开号CN202111202838.5公开了一种考虑5G基站接入的主动配电网(ADN)多目标优化运行方法，以系统运行成本最小和碳排放量最小为目标函数，根据5G基站运行约束条件、可再生能源(RES)发电出力约束条件、配电网潮流约束条件和系统运行安全性约束条件，构建ADN多目标优化模型。

以上方法都是均未考虑5G基站和光伏在不同建筑类型的差异性。本发明提供一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳方法，分析了屋顶分布式光伏出力与基站负载时空差异性，建立了考虑通信负载迁移的5G基站需求响应模型和考虑动态备电的储能充放电模型，最后以光伏消纳率最高和5G基站系统运行成本最小为目标函数进行优化。

发明内容

本发明提供了一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳方法，通过以下技术方案实施：

S1：分析屋顶分布式光伏出力与基站负载时空差异性；5G基站负载时空差异分析不同建筑区的通信负载变化情况，从工业、行政、商业、住宅区四个类型进行分析；考虑不同建筑类型的特点，建立考虑时空差异性的屋顶分布式光伏模型，计算不同建筑类型的屋顶光伏安装面积与出力大小；

S2：考虑5G基站之间进行通信负载迁移，建立一种虑通信负载迁移的5G基站需求响应模型；

S3：基于不同建筑类型的配电可靠性和基站负载变化情况，建立一种考虑动态备电的储能充放电模型；

S4：以光伏消纳率最大和5G基站系统运行成本最小为目标函数进行优化，建立了一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳模型。

S5：利用考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳模型，得到5G基站之间的通信负载策略和基站储能充放电配置策略。

所述的一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳方法中，分析了屋顶分布式光伏出力与基站负载时空差异性，建立了考虑通信负载迁移的5G基站需求响应模型和考虑动态备电的储能充放电模型，最后以光伏消纳率最高和5G基站系统运行成本最小为目标函数进行优化。

所述的屋顶分布式光伏出力模型是考虑了不同建筑类型的容积率、土地使用面积、屋顶光伏可利用率和平均楼层得来的，具体计算如下：

式中，

所述的考虑通信负载迁移的5G基站需求响应模型包含了5G基站功耗模型和移动用户分配连接关系，具体计算如下：

式中，

所述的5G基站的通信负载迁移取决于移动用户与基站之间的连接关系，模型如下:

式中，C

所述的发射功率模型

式中，

所述的考虑动态备电的储能充放电模型，考虑配电网可靠性和基站通信负载，如式所示：

式中：

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)通过发掘不同建筑类型的屋顶分布式光伏出力和基站通信负载差异性，使两者在时空上进行结合，有效地提高了分布式光伏的消纳率，并保证了5G基站的经济运行。

(2)建立了考虑动态备电的储能充放电模型，结合不同建筑类型的配电可靠性和通信负载变化情况，提高了基站储能参与电网互动的上限，减少了基站的运营成本。

附图说明

图1为本发明所提供的种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

结合图1所示，本发明所提供的种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳能力方法，包括以下步骤：

S1：分析屋顶分布式光伏出力与基站负载时空差异性；5G基站负载时空差异分析不同建筑区的通信负载变化情况，从工业、行政、商业、住宅区四个类型进行分析；考虑不同建筑类型的特点，建立考虑时空差异性的屋顶分布式光伏模型，计算不同建筑类型的屋顶光伏安装面积与出力大小；

所述的屋顶分布式光伏出力模型是考虑了不同建筑类型的容积率、土地使用面积、屋顶光伏可利用率和平均楼层得来的，具体计算如下：

式中，

屋顶光伏阵列面积S

式中，[x]表示不大于x的整数；S

确定屋顶可以利用的光伏安装面积，需要考虑不同建筑类型的可利用面积。本文将建筑类型划分为工业、行政、商业和住宅，每种建筑类型的特征归纳为屋顶分布式光伏可利用系数，屋顶可以利用的光伏安装面积为

式中，S

屋顶光伏安装可利用率考虑的因素较为繁杂，本文对其进行简化，得出不同建筑类型的屋顶光伏可利用率如表1所示。

表1屋顶分布式光伏可利用系数

S2：考虑5G基站之间进行通信负载迁移，建立一种虑通信负载迁移的5G基站需求响应模型；

所述的考虑通信负载迁移的5G基站需求响应模型包含了5G基站功耗模型和移动用户分配连接关系，具体计算如下：

式中，

所述的5G基站的通信负载迁移取决于移动用户与基站之间的连接关系，模型如下:

式中，C

所述的发射功率模型

式中，

S3：基于不同建筑类型的配电可靠性和基站负载变化情况，建立一种考虑动态备电的储能充放电模型；

所述的考虑动态备电的储能充放电模型，考虑配电网可靠性和基站通信负载，如式所示：

式中，

由于储能需要为5G基站提供备用动态备用容量，因此储能的充放电下限阈值提高，如下：

式中，

所述的不同负荷类型的最小储能备用时间模型，以5G基站保证住宅区三小时备用电为基准，得出其余负荷类型的储能备用时间，如式所示：

式中，

S4：以光伏消纳率最大和5G基站系统运行成本最小为目标函数进行优化，建立了一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳模型。

所述的5G基站光伏消纳模型包含了光伏消纳最大和基站运行成本最小两个目标函数，具体计算如下：

(1)光伏消纳率S

式中，S

(2)5G基站系统运行成本C

式中，C

式中，π

(3)约束条件

1)储能充放电状态约束

式中，β

2)储能充放电功率约束

式中，

3)储能充放电等式约束

式中，E

4)动态SOC荷电状态约束

储能需要保证5G基站在停电情况下的备电需求，因此储能的备电容量随着通信负载的变化而随之改变，剩余的容量用于实现削峰填谷作用。

式中，S

5)功率平衡约束

式中，

6)基站传输流量约束

L

式中，L

7)基站发射功率约束

式中，

8)基站带宽约束

B

式中，B

9)移动用户通信满意度约束

式中，SINR

根据香农公式，用户j接受到基站i的单位数据传速率如下式所示：

R

式中，R

基站通信负载的迁移需要在保证移动用户通信质量的前提下进行，即R

式中，

S5：利用考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳模型，得到5G基站之间的通信负载策略和基站储能充放电配置策略。

以上对本发明实施例所提供的一种考虑基站负载迁移及储能动态备电的5G基站光伏消纳方法进行了详细介绍，本文中利用具体实例对本发明的原理进行了介绍，用于阐述本发明的核心思想，不能将本说明书内容理解为对本发明保护范围的限制。