一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法技术

本发明专利技术公开一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，包括如下步骤：S1、分析5G宏基站与微基站地理分布与电气分布特性，绘制考虑网络拓扑的5G宏基站与微基站分布图；S2、分析5G基站供用电特性，构建基站功耗模型、用户分布与需求模型、基站储能供电可靠性模型；S3、构建内层优化模型，考虑移动通信服务商需求以5G基站用电总费用最小为优化目标；S4、构建外层优化模型，考虑电网需求以拓扑节点峰谷差最小为优化目标；S5、利用启发式算法综合考虑服务商与电网双方需求内外嵌套迭代求解5G基站有源天线单元发射功耗、内部储能充放电策略与移动用户连接方案。综合考虑通信服务商与电网的需求，优化基站调控策略。优化基站调控策略。优化基站调控策略。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法


[0001]本专利技术属于电力系统灵活性调度领域，具体涉及一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法。

技术介绍

[0002]近些年来，为应对未来爆炸性的移动数据增长与海量设备连接，推进万物互联，大力发展5G相关产业。5G具有大带宽、高速率、低延时等优良特性，但这些优点同时带来了用电量大、运营费用高等问题，同时大量的通信需求在时间尺度上高度重合导致用能集中，给电网的安全稳定运行也带来了巨大冲击。在此环境下，如何合理有效的平衡5G基站功率控制目标与电网安全稳定目标，是目前研究的重点。
[0003]现阶段，5G基站功率控制研究是极为重要的课题，但少有研究注意到5G基站用能对电网的冲击。多数研究只关注于基站自身利益，忽视了电网需求，除此之外，未有研究在5G基站对电网潮流的影响。
[0004]为弥补现在5G基站调控方法领域存在的缺陷，现提出一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，该方法旨在于提出一种计及5G基站用能对电网潮流影响的方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，绘制了5G宏基站与微基站的电气分布图，并综合考虑通信服务商与电网的需求，优化基站调控策略。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，包括如下步骤：
[0008]S1、分析5G宏基站与微基站地理分布与电气分布特性，绘制考虑网络拓扑的5G宏基站与微基站分布图；
[0009]S2、分析5G基站供用电特性，构建基站功耗模型、用户分布与需求模型、基站储能供电可靠性模型；
[0010]S3、构建内层优化模型，考虑移动通信服务商需求以5G基站用电总费用最小为优化目标；
[0011]S4、构建外层优化模型，考虑电网需求以拓扑节点峰谷差最小为优化目标；
[0012]S5、利用启发式算法综合考虑服务商与电网双方需求内外嵌套迭代求解5G基站有源天线单元发射功耗、内部储能充放电策略与移动用户连接方案。
[0013]进一步的，所述S1具体包括如下步骤：
[0014]S1.1、分析5G通信基站中宏基站与微基站的地理分布；
[0015]S1.2、构建电力网络拓扑。
[0016]进一步的，所述S2具体包括如下步骤：
[0017]S2.1、分析5G宏基站与微基站用电特性，构建基站功耗模型；
[0018]5G基站功耗主要由两部分构成：静态功耗与动态功耗，静态功耗由基带处理单元、传输设备、照明设备产生，动态功耗由有源天线单元、空调等设备产生，具体计算公式为：
[0019][0020]公式
①
中，P
bs,t
代表基站bs在t时刻时的总运行功耗；P
bs0
为基站bs的静态功耗；为动态功耗部分；δ
bs
表示基站总功耗与基站发射功耗的正比例关系系数；代表基站bs在t时刻时的发射功率；
[0021]S2.2、构建用户分布模型；
[0022]移动用户的地理分布与宏基站的距离成泊松分布，角度成均匀分布；
[0023]r
k,m
＝P(d
m,min
,d
m,max
)
ꢀꢀ②
[0024]θ
k,m
＝U(θ
m,min
,θ
m,max
)
ꢀꢀ③
[0025]公式
②
、
③
中，r
k,m
为用户k与宏基站m间的距离；θ
k,m
为用户k与宏基站m间的角度；d
m,max
为宏基站m的最远覆盖距离；d
m,min
为宏基站m的最近覆盖距离；θ
m,max
为宏基站m的信号最大发射角度；θ
m,min
为宏基站m的信号最小发射角度；
[0026]移动用户人数在一天中存在两个峰值，且居民区、商业区等不同地理功能区分布趋势有所差别，故而针对不同功能区人数进行最大似然混合高斯分布拟合，其概率密度函数如下：
[0027][0028]公式
④
中，p(x|k)＝N(x|u
k
,Σk)是第k个高斯模型的概率密度函数，即第k个模型产生x的概率；p(k)＝π
k
是第k个高斯模型的权重，其满足所有高斯模型权重之和为1的约束；
[0029]S2.3、构建用户需求模型；
[0030]移动用户在通信时关注于自身通信质量，故而在为移动用户选择5G基站接入时应考虑其信息传输速率。引入通信参数信干噪比：
[0031][0032]公式
⑤
中，表示用户k与基站bs在时间t时的信干噪比；表示用户k与宏基站m在时间t时的信干噪比；表示用户k与微基站n在时间t时的信干噪比；表示宏基站m在时间t时的发射功率；表示微基站n在时间t时的发射功率；表示微基站i在时间t时的发射功率；N
m
表示宏基站m的热噪声，N
n
表示微基站n的热噪声，一般为定值；表示除n以外的微基站对微基站n的干扰；N为微基站的集合；i为除微基站n以外的微基站；g
k,m
表示宏基站m与用户k之间的信道增益，g
k,n
表示微基站n与用户k之间的信道增益，g
k,i
表
示微基站i与用户k之间的信道增益，路径损耗计算公式如下：
[0033][0034]公式
⑥
中，g
k,bs
为用户k与基站bs间的信道增益；A
bs
为基站bs固定路径损耗值；d
k,bs
为用户k与基站bs间的距离；d
0,bs
为基站bs的参考距离；α为路径损耗衰减指数；
[0035]由香农定理得信道信息传输速度如下：
[0036][0037]公式
⑦
中，R
k,bs,t
为用户k与基站bs连接在时间t时的信道信息传输速率；W
k,bs,t
为基站bs分给用户k的带宽值；
[0038]S2.4、基站储能供电可靠性模型；
[0039]为保证5G宏基站在市电中断后，后备储能电池能有效供电，建立基站电池供电可靠性模型，设置基站通信负载率如下：
[0040][0041]公式
⑧
中，η
m,t
为宏基站m在时间t时的通信负载率；X
k,m,t
为用户k与宏基站m在时间t时的连接关系，若连接则为1，未连接为0；W
k,m,t
为用户k与宏基站m在时间t时所分的带宽；为宏基站m的总带宽。
[0042本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、分析5G宏基站与微基站地理分布与电气分布特性，绘制考虑网络拓扑的5G宏基站与微基站分布图；S2、分析5G基站供用电特性，构建基站功耗模型、用户分布与需求模型、基站储能供电可靠性模型；S3、构建内层优化模型，考虑移动通信服务商需求以5G基站用电总费用最小为优化目标；S4、构建外层优化模型，考虑电网需求以拓扑节点峰谷差最小为优化目标；S5、利用启发式算法综合考虑服务商与电网双方需求内外嵌套迭代求解5G基站有源天线单元发射功耗、内部储能充放电策略与移动用户连接方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：S1.1、分析5G通信基站中宏基站与微基站的地理分布；S1.2、构建电力网络拓扑。3.根据权利要求2所述的一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：S2.1、分析5G宏基站与微基站用电特性，构建基站功耗模型；5G基站功耗主要由两部分构成：静态功耗与动态功耗，静态功耗由基带处理单元、传输设备、照明设备产生，动态功耗由有源天线单元、空调等设备产生，具体计算公式为：公式
①
中，P
bs,t
代表基站bs在t时刻时的总运行功耗；P
bs0
为基站bs的静态功耗；为动态功耗部分；δ
bs
表示基站总功耗与基站发射功耗的正比例关系系数；代表基站bs在t时刻时的发射功率；S2.2、构建用户分布模型；移动用户的地理分布与宏基站的距离成泊松分布，角度成均匀分布；r
k,m
＝P(d
m,min
,d
m,max
)
ꢀꢀꢀꢀ②
θ
k,m
＝U(θ
m,min
,θ
m,max
)
ꢀꢀꢀ③
公式
②
、
③
中，r
k,m
为用户k与宏基站m间的距离；θ
k,m
为用户k与宏基站m间的角度；d
m,max
为宏基站m的最远覆盖距离；d
m,min
为宏基站m的最近覆盖距离；θ
m,max
为宏基站m的信号最大发射角度；θ
m,min
为宏基站m的信号最小发射角度；移动用户人数在一天中存在两个峰值，且居民区、商业区等不同地理功能区分布趋势有所差别，故而针对不同功能区人数进行最大似然混合高斯分布拟合，其概率密度函数如下：公式
④
中，p(x|k)＝N(x|u
k
,∑k)是第k个高斯模型的概率密度函数，即第k个模型产生x
的概率；p(k)＝π
k
是第k个高斯模型的权重，其满足所有高斯模型权重之和为1的约束；S2.3、构建用户需求模型；移动用户在通信时关注于自身通信质量，故而在为移动用户选择5G基站接入时应考虑其信息传输速率。引入通信参数信干噪比：公式
⑤
中，表示用户k与基站bs在时间t时的信干噪比；表示用户k与宏基站m在时间t时的信干噪比；表示用户k与微基站n在时间t时的信干噪比；表示宏基站m在时间t时的发射功率；表示微基站n在时间t时的发射功率；表示微基站i在时间t时的发射功率；N
m
表示宏基站m的热噪声，N
n
表示微基站n的热噪声，一般为定值；表示除n以外的微基站对微基站n的干扰；N为微基站的集合；i为除微基站n以外的微基站；g
k,m
表示宏基站m与用户k之间的信道增益，g
k,n
表示微基站n与用户k之间的信道增益，g
k,i
表示微基站i与用户k之间的信道增益，路径损耗计算公式如下：公式
⑥
中，g
k,bs
为用户k与基站bs间的信道增益；A
bs
为基站bs固定路径损耗值；d
k,bs
为用户k与基站bs间的距离；d
0,bs
为基站bs的参考距离；α为路径损耗衰减指数；由香农定理得信道信息传输速度如下：公式
⑦
中，R
k,bs,t
为用户k与基站bs连接在时间t时的信道信息传输速率；W
k,bs,t
为基站bs分给用户k的带宽值；S2.4、基站储能供电可靠性模型；为保证5G宏基站在市电中断后，后备储能电池能有效供电，建立基站电池供电可靠性模型，设置基站通信负载率如下：公式
⑧
中，η
m,t
为宏基站m在时间t时的通信负载率；X
k,m,t
为用户k与宏基站m在时间t时的连接关系，若连接则为1，未连接为0；W
k,m,t
为用户k与宏基站m在时间t时所分的带宽；为宏基站m的总带宽。4.根据权利要求3所述的一种考虑5G通信基站电力网络拓扑分布的基站调控方法，其特征在于，所述S2中根据基站通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萌，邓振立，李虎军，冯心雨，刘军会，邓方钊，赵文杰，杨钦臣，尹硕，宋大为，金曼，柴喆，郭兴五，路尧，陈兴，陈丽娟，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：