基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法技术

本发明专利技术提供一种基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法，该方法包括步骤一，确定5G基站的功耗；步骤二，构建电网与5G基站协同调度的双层优化模型，该双层优化模型包括电网通过对分时电价进行优化以实现削峰填谷的上层优化模型，以及5G基站运营商通过对能量进行管理优化以实现运营商降本增效的下层优化模型；步骤三，构建电网—5G基站运营商主从博弈模型，该模型中电网具有先决策权，5G基站运营商的策略基于电网的策略进行优化调整，电网的策略受5G基站运营商策略的影响；步骤四，将电网与5G基站协同调度双层优化模型等效转化为单层优化模型，对主从博弈模型进行纳什均衡求解，实现5G基站与电网的协同调度。实现5G基站与电网的协同调度。实现5G基站与电网的协同调度。

【技术实现步骤摘要】
基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法


[0001]本专利技术涉及电力系统调度
，尤其指一种基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法。

技术介绍

[0002]随着5G通信时代的到来，5G基站的建设正在稳步推进，根据工信部数据统计，截止2022年10月末，5G基站总数达225万个，比上年末净增82.5万个。为了响应国家提出的“整县光伏”政策，5G基站通过配置光伏发电设施来降低基站的运行成本，同时，为了保证用户的通信服务不中断，基站配置了一定容量的储能作为备用电源，数量庞大的基站具有十分可观的储能资源。然而，目前基站在协调配置电网资源与自身光储资源的技术上还不够成熟，其在使用市电供电时，基站储能往往处于闲置的状态，储能资源没有得到最大化利用。因此，如何发挥好基站光储资源的作用，参与到配电网的互动中来，已成为当下亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能降低5G基站的运行成本，并使5G基站的光储资源充分参与到电网的协同调度中来的基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：一种基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法，包括：步骤一：确定5G基站的功率损耗，包括主设备功耗、传输和监测设备功耗、基站供电系统换流功耗、以及空调功耗；步骤二：构建电网与5G基站协同调度的双层优化模型，所述双层优化模型包括面向电网对分时电价进行优化以实现削峰填谷的上层优化模型，以及面向5G基站运营商对能量管理进行优化以实现运营商降本增效的下层优化模型；步骤三：构建包括参与者、策略和支付三个基本要素的电网—5G基站运营商主从博弈模型，其中：所述参与者包括电网和5G基站运营商；所述策略包括电网的策略和5G基站运营商的策略；所述电网的策略为通过分时电价以降低净负荷峰谷差，实现电网的削峰填谷；所述5G基站运营商的策略为基于电网给定的分时电价对基站储能的充放电和负荷进行优化调整，实现基站运营商降本增效；所述电网具有先决策权，5G基站运营商的策略基于电网的策略进行优化调整，电网的策略受5G基站运营商策略的影响；所述支付函数包括电网的支付和5G基站运营商的支付，电网的支付由上层优化模型而定，5G基站运营商的支付由下层优化模型而定；步骤四：对所述主从博弈模型进行纳什均衡求解，实现5G基站与电网的协同调度。
[0005]进一步地，步骤一中，所述5G基站的主设备功耗、传输和监测设备功耗、基站供电
系统换流功耗、以及空调功耗分别如下：1）主设备功耗5G基站的主设备包括基带单元和天线单元，主设备功耗的计算公式为：(1)式中，是主设备的功耗；是基带单元的功耗，基带单元的功耗为固定值；是天线单元的数量，是天线单元的功耗，天线单元的功耗和用户的通信负载率成正比，如下式所示：(2)式中，是通信负载率，和是一次函数的系数，由天线单元功耗和通信负载率的散点图拟合而得；2）传输和监测设备功耗5G基站的传输和监测设备功耗与设备型号有关，用来表示；3）基站供电系统换流功耗5G基站的供电系统配置开关电源和储能电池，交流电经过开关电源转换为直流电，为基站的主设备、传输和监测设备供电，在交直流转换过程中，存在能量损耗，这部分功耗与供电系统的转换效率以及基站直流设备功耗有关，因此，供电系统换流功耗的计算公式为：(3)式中，是基站供电系统换流功耗，是交流转换成直流的转换效率；4）空调功耗5G基站的机房依靠房内空调的制冷及墙体的散热使房内的温度保持在一定的范围内，因此，空调功耗与机房内设备的散热功率以及墙体的传热功率有关，计算空调功耗的方法如下：先计算5G基站主设备、传输和监测设备的散热功率，为：(4)(5)式中，是主设备的散热功率，是基带单元热量转换效率，是传输和监测设备的散热功率，是传输和监测设备热量转换效率；再计算5G基站供电系统的散热功率，根据能量守恒原理，供电系统的散热功率就是其功耗，即；接着计算墙体的传热功率，为：(6)式中，是机房的面积，是机房墙体的传热系数，室内外温差的
绝对值；由于机房墙体在单位温度下的传热功率为：(7)当机房内设备产生的热量通过墙体散去之后，室内外温差为：(8)空调需要提供的冷却功率则为：(9)因此，5G基站机房内空调的功耗为：(10)式中，是空调的功耗，是空调的冷却功率，是空调能效系数；综合以上计算，5G基站总的功率损耗为：(11)再进一步地，所述步骤二中，在构建电网与5G基站协同调度的双层优化模型时，确定上层优化模型和下层优化模型的目标函数分别如下：1）上层优化模型的目标函数为：(12)其约束条件为：(13)(14)(15)(16)式中：是日负荷的最大值；是日负荷的最小值；是电网在时刻的负荷需求；是时刻运营商整合得到的基站净负荷，随着电网分时电价的决策而改变；是时刻的电价，和分别对应分时电价的最小值和最大值；2）下层优化模型的目标函数为：(17)其约束条件包括等式约束和不等式约束；其中，等式约束为：
(18)(19)(20)另外，不等式约束为：(21)(22)(23)式中：和分别是第个5G基站运营商向电网购电和售电的功率；是时刻5G基站运营商卖电给电网的电价；是储能电池充放电单位损耗系数；是第个5G基站在时刻的功耗；是第个5G基站储能在时刻的充电功率；第个5G基站储能在时刻的放电功率；是第个5G基站在时刻的光伏出力；为5G基站数；为优化调度周期；、分别是第个5G基站在时刻、时刻的储能容量；和分别是5G基站储能充电效率和放电效率；是单个优化时段长度；是5G基站单个储能容量的额定值；、分别是第个5G基站储能充放电的最大功率；、分别是5G基站储能荷电状态的上下限。
[0006]更进一步地，步骤三中，所述主从博弈模型的定义式为，其中，为参与者，，为电网，为5G基站运营商；为策略，策略，为电网的策略集，其策略包括分时电价；策略，为5G基站运营商的策略集，其策略包括基站群储能总的充电功率、放电功率以及基站群向电网购电功率和售电功率；为支付函数，为电网的支付，其由上层优化模型目标函数表示；为5G基站运营商的支付，其由下层优化模型目标函数表示。
[0007]优选地，所述步骤四中，在对主从博弈模型进行纳什均衡求解之前，先采用KKT最优性条件将下层优化模型等价转化为上层优化模型的约束条件，转化时，下层优化模型的Lagrange函数为：
(24)在下层优化模型的最优解处，有，即：(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)(32)(33)下层优化模型的互补松弛条件：(34)(35)
(36)(37)(38)(39)再用该转化后的约束条件(24)
‑
(39)替代下层优化模型，将电网与5G基站协同调度双层优化模型转化为单层优化模型去求解主从博弈模型的纳什均衡解，最终实现5G基站与电网的协同调度。
[0008]本专利技术提出的基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法，确定了5G基站的功率损耗，并建立了代表电网和5G基站双层交互关系的主从博弈模型，在该主从博弈模型中，电网具有优先决策权，电网通过优化分时电价引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法，其特征在于，包括：步骤一：确定5G基站的功率损耗，包括主设备功耗、传输和监测设备功耗、基站供电系统换流功耗、以及空调功耗；步骤二：构建电网与5G基站协同调度的双层优化模型，所述双层优化模型包括面向电网对分时电价进行优化以实现削峰填谷的上层优化模型，以及面向5G基站运营商对能量管理进行优化以实现运营商降本增效的下层优化模型；步骤三：构建包括参与者、策略和支付三个基本要素的电网—5G基站运营商主从博弈模型，其中：所述参与者包括电网和5G基站运营商；所述策略包括电网的策略和5G基站运营商的策略；所述电网的策略为通过分时电价以降低净负荷峰谷差，实现电网的削峰填谷；所述5G基站运营商的策略为基于电网给定的分时电价对基站储能的充放电和负荷进行优化调整，实现基站运营商降本增效；所述电网具有先决策权，5G基站运营商的策略基于电网的策略进行优化调整，电网的策略受5G基站运营商策略的影响；所述支付函数包括电网的支付和5G基站运营商的支付，电网的支付由上层优化模型而定，5G基站运营商的支付由下层优化模型而定；步骤四：对所述主从博弈模型进行纳什均衡求解，实现5G基站与电网的协同调度。2.根据权利要求1所述的基于主从博弈的5G基站与电网协同调度方法，其特征在于：步骤一中，所述5G基站的主设备功耗、传输和监测设备功耗、基站供电系统换流功耗、以及空调功耗分别如下：1）主设备功耗5G基站的主设备包括基带单元和天线单元，主设备功耗的计算公式为：(1)式中，是主设备的功耗；是基带单元的功耗，基带单元的功耗为固定值；是天线单元的数量，是天线单元的功耗，天线单元的功耗和用户的通信负载率成正比，如下式所示：(2)式中，是通信负载率，和是一次函数的系数，由天线单元功耗和通信负载率的散点图拟合而得；2）传输和监测设备功耗5G基站的传输和监测设备功耗与设备型号有关，用来表示；3）基站供电系统换流功耗5G基站的供电系统配置开关电源和储能电池，交流电经过开关电源转换为直流电，为基站的主设备、传输和监测设备供电，在交直流转换过程中，存在能量损耗，这部分功耗与供电系统的转换效率以及基站直流设备功耗有关，因此，供电系统换流功耗的计算公式为：(3)式中，是基站供电系统换流功耗，是交流转换成直流的转换效率；
4）空调功耗5G基站的机房依靠房内空调的制冷及墙体的散热使房内的温度保持在一定的范围内，因此，空调功耗与机房内设备的散热功率以及墙体的传热功率有关，计算空调功耗的方法如下：先计算5G基站主设备、传输和监测设备的散热功率，为：(4)(5)式中，是主设备的散热功率，是基带单元热量转换效率，是传输和监测设备的散热功率，是传输和监测设备热量转换效率；再计算5G基站供电系统的散热功率，根据能量守恒原理，供电系统的散热功率就是其功耗，即；接着计算墙体的传热功率，为：(6)式中，是机房的面积，是机房墙体的传热系数，室内外温差的绝对值；由于机房墙体在单位温度下的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，曾强，李佳勇，帅智康，许加柱，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：