计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，方法包括：建立包括5G基站功耗模型和通信模型的系统模型，利用系统模型构建计及通信负载的5G基站能耗优化模型，并提出考虑通信负载转移的多基站协同休眠策略；然后建立5G基站储能最小备电时间模型，并基于多基站协同休眠策略优化基站能耗后的通信负载状态和储能最小备电时间，建立5G基站储能的调节容量量化模型，进而通过计算并聚合基站储能调节容量，确定各基站储能的充放电可行域边界；最后利用5G基站储能调节容量及其聚合结果作为约束条件，构建5G基站参与电网协同调控的优化模型，通过控制各BS储能的充放电方式与电网进行互动，降低基站运营成本，同时支撑电网的削峰填谷。时支撑电网的削峰填谷。时支撑电网的削峰填谷。

【技术实现步骤摘要】
计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法


[0001]本专利技术涉及5G基站与电网协同控制领域，尤其涉及一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法。

技术介绍

[0002]作为新型基础设施建设的基石之一，5G基站(Base Station，BS)数量呈指数型增长
[1]，BS功耗具有动态可调节特性，同时BS通常配置储能电池以保证自身持续供电
[2
‑
3]，若能加以利用，预计可提供调控灵活性潜力约78.6GW
·
h
[4]。然而，目前5G BS的大规模密集部署导致BS能耗成倍增长、用电成本激增，通信负载动态变化下BS功耗难以有效调节；正常供电状态下BS储能资源大量闲置，导致BS的灵活调控潜力利用不足
[5
‑
7]。如何有效优化5G BS能耗，同时聚合海量BS闲置储能资源参与电网运行调控，在降低BS运营成本的基础上，进一步支撑电网削峰填谷，相关问题亟待解决。
[0003]5G BS能耗管控技术和BS备用储能的引入直接影响着BS对电网的灵活调控潜力
[2,8]。目前国内外学者一方面关注可灵活设计的BS休眠技术，通过休眠空载/轻载BS以降低能耗
[9
‑
10]。同时，通过配置储能优先保证电网故障时BS的不间断供电，剩余储能容量则用于参与电网协同调控
[2]。目前BS储能主要为静态备电方式，即依据BS峰值功耗配置储能容量，且通常为保证电网故障时3小时持续运行
[11]，由此导致BS储能容量存在大量冗余、备电灵活性差，特别是在电网可靠供电时显得尤为突出
[2]。因此，如何利用有效的BS休眠策略，并结合BS储能充放电来进一步挖掘BS与电网的协同调控灵活潜力意义重大。
[0004]有关利用5G BS休眠策略和BS储能参与电网协同控制的研究已有诸多进展。文献[12]提出了BS通信设备与空调、储能的协同优化调度方法，通过休眠策略调整BS工作状态，通过机房热惯性与储能容量配合通信设备工作降低了BS能耗成本；文献[8，13]提出了BS时空能量管理策略，根据BS间电价差异调整BS与移动用户(Mobile Users，MUs)之间的关联状态，进而参与电网需求响应，同时降低BS购电成本。然而，上述文献未充分发掘BS储能的可调控潜力，造成BS储能灵活性资源的浪费。为有效利用BS闲置储能，文献[2，14]评估了BS备用储能的可调控容量，并将其应用于电力系统的运行优化和调频响应中；文献[15]将5G BS划分为零负载、正常负载和重负载三类状态，提出了考虑BS负载状态的储能可调控潜力计算方法，进而聚合BS储能资源参与电网调控，最大化系统调控收益，但该方法未考虑休眠策略下BS的负载迁移和重负载状态时BS储能的可调控潜力，限制了BS储能参与电网协同调控的容量；文献[16]提出了5G BS通信负载迁移规则，利用BS储能充放电策略得到通信负荷和光伏发电的匹配结果，以此降低BS运营成本，但MUs无序迁移的BS休眠策略使得MUs的服务质量减弱；文献[17]为降低BS用电成本，利用固定阈值休眠策略优化BS功耗，进而根据BS负载状态建立了保证BS 3小时供电的储能备用容量模型，以参与电网的协同调控，然而所用休眠阈值无法跟随通信负载动态变化，且BS储能静态备电时间偏于保守，易导致储能资源的浪费，两者结合不利于BS灵活性的有效挖掘。尽管文献[12
‑
17]利用了一定5G BS无线资源，但均对通信负载实时变化下的BS休眠策略与保障供电可靠性的BS储能之间的有机协同
考虑不足，造成BS及其储能资源与电网互动灵活性潜力未能充分利用，限制了BS运营成本的降低以及电网的削峰填谷水平。
[0005]因此，考虑到BS通信负载的动态变化和储能备电时间的可调节性，在已有5G BS与电网协同控制研究的工作基础上，亟需提出一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，以通过考虑BS能耗优化和储能资源的有效利用，发掘BS的灵活性调控潜力。

技术实现思路

[0006]为了解决因对通信负载实时变化下的BS休眠策略与保障供电可靠性的BS储能之间的有机协同考虑不足，而导致的BS及其储能资源与电网互动灵活性潜力未能充分利用、BS运营成本的降低以及电网削峰填谷水平受到限制的问题，本专利技术提供了一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，通过考虑BS能耗优化和储能资源的有效利用，以发掘5G BS的灵活性控制潜力，降低BS能耗，提高BS储能的可调控容量，减少BS运营成本，同时支撑电网的削峰填谷，详见下文描述：
[0007]一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，该方法包括以下步骤：
[0008]建立包括5G BS功耗模型和通信模型的系统模型，利用系统模型构建计及通信负载的5G BS能耗优化模型，并提出考虑通信负载转移的多BS协同休眠策略；
[0009]建立5G BS储能最小备电时间模型，并基于多BS协同休眠策略优化BS能耗后的通信负载状态和储能最小备电时间，建立5G BS储能的调节容量量化模型，进而通过计算并聚合BS储能调节容量，确定各BS储能的充放电可行域边界；
[0010]利用5G BS储能调节容量及其聚合结果作为约束条件，构建5G BS参与电网协同调控的优化模型，通过控制各BS储能的充放电方式与电网进行互动，降低BS运营成本，同时支撑电网的削峰填谷。
[0011]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0012](1)本专利技术所提的考虑通信负载转移的多BS协同休眠策略，在保证MUs服务质量前提下，根据通信负载的动态变化最大限度休眠空载/轻载BS，合理转移休眠BS服务的用户，从而可降低5G BS能耗，间接减少BS的运营成本；
[0013](2)本专利技术所提5G BS储能调节容量量化模型，利用多BS协同休眠策略优化BS能耗后的通信负载状态和考虑系统供电可靠性的5G BS储能最小备电时间模型，计算BS储能备用容量，可在一定程度上提高BS储能的可调控容量；
[0014](3)本专利技术通过聚合5G BS储能集群的可调控容量参与电网协同控制，可实现BS运营成本的降低及电网的削峰填谷，并实现BS运营商与电网的互利共赢。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提供的一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法的实现过程框图；
[0016]图2为本专利技术提供的多基站协同休眠策略示意图；
[0017]图3为本专利技术提供的5G基站储能容量动态划分示意图；
[0018]图4为本专利技术提供的办公区典型日电力负荷和通信负载曲线图；
[0019]图5为本专利技术提供的基站与移动用户分布图；
[0020]图6为本专利技术提供的5G基站休眠阈值百分比动态变化示意图；
[0021]图7为本专利技术提供的基站
‑
移动用户连接拓扑图；
[0022]图8为本专利技术提供的办公区5G基站全天功耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，其特征在于，所述方法包括：建立包括5G基站BS功耗模型和通信模型的系统模型，利用系统模型构建计及通信负载的5G BS能耗优化模型，并提出考虑通信负载转移的多BS协同休眠策略；建立5G BS储能最小备电时间模型，并基于多BS协同休眠策略优化BS能耗后的通信负载状态和储能最小备电时间，建立5G BS储能的调节容量量化模型，进而通过计算并聚合BS储能调节容量，确定各BS储能的充放电可行域边界；利用5G BS储能调节容量及其聚合结果作为约束条件，构建5G BS参与电网协同调控的优化模型，通过控制各BS储能的充放电方式与电网进行互动，支撑电网的削峰填谷。2.根据权利要求1所述的一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，其特征在于，所述利用系统模型构建计及通信负载的5G BS能耗优化模型中的目标函数为：其中，式中：t[t∈(0，T)]为第t个调控时刻；T为调控周期；M为BS数量；为全天BS总能耗；为t时刻BS总功耗；P
i
(t)为t时刻BS
i
的功耗；
△
t为调控时间间隔；和分别为第i[i∈(0，M)]个BS
i
的静态功耗和动态功耗最大值；P
i,sleep
(t)为t时刻BS
i
的休眠功耗；s
i
(t)＝1即t时刻BS
i
处于工作状态，s
i
(t)＝0即BS
i
休眠；T
i
(t)为BS的通信负载率。3.根据权利要求1所述的一种计及休眠和储能调节容量的5G基站与电网协同控制方法，其特征在于，所述考虑通信负载转移的多BS协同休眠策略具体为：假定模型中BS
i
为第i[i∈(0，M)]个BS，i＝0表示宏基站MBS，i≠0表示第i个小基站SBS；MU
j
为第j[j∈(1，N)]个用户MU；BS休眠阶段：在t时刻根据动态变化的通信负载，基于BS能耗优化模型计算并比较不同休眠阈值百分比w对应的休眠阈值Threshold下的BS功耗和能耗，以BS功耗最低原则进行休眠阈值的整定，确定t时刻最佳w和Threshold，并将低于Threshold的空载/轻载BS
i
休眠；负载迁移阶段：将轻载休眠BS
i
连接的MU<...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆云飞，马晓燕，姜欣阳，靳小龙，贾宏杰，余晓丹，侯恺，张嘉睿，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：