考虑新能源消纳和机组组合的5G基站需求响应方法及系统

本发明属于电力系统调度与优化领域，更具体地，涉及考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法及系统。

背景技术：

1、据统计，截至2020年9月，我国5g终端连接数目超过1.8亿个，5g基站建成并开通数目达到69万座，占全球比重近7成。随着我国5g网络的覆盖范围不断扩大，2030年我国建成的5g基站数量预测将会突破千万。对比4g通信基站，5g通信基站具备高功耗、低覆盖范围的特点，导致通信运营商在进行5g网络的铺设覆盖时，面临着基站建设投资成本和基站运行耗电成本的双重考验。因此，研究如何降低5g基站的运行成本，对5g网络的建设与覆盖起着至关重要的作用。

2、近年来，随着可再生能源的发展，以风电为代表的可再生能源在中国的规模正迅速扩大。但可再生能源出力的波动性与不确定性始终阻碍其消纳，同时，中国电力负荷较大的峰谷差及市场机制的不完善，共同导致了多地严重的弃风。根据国家能源局发布的统计数据显示，2020年上半年中国风电整体利用水平提升，但弃风电量仍高居不下。因此，研究如何有效提高电力系统可再生能源消纳能力，是一个亟待解决的问题。

3、需求响应(demand response,dr)将电力系统中可调节的用电负荷视作用于动态调度的灵活性响应资源，纳入管理范围内，通过价格补偿、经济激励、政策偏好等方式引导这部分电力用户的用电行为，起到调节发电侧和用户侧资源，优化电力系统运行状况的作用。5g基站由于其能耗具备一定的调节灵活性，同时配备了用于储能供能的储能电池，使得其拥有参与需求响应的可能。因此，研究5g基站参与需求响应的方法，是实现降低基站运行成本，提高电力系统可再生能源消纳能力的一个可行方案。

4、目前已有不少针对5g基站参与需求响应的研究。然而，当前的研究大多关注于5g基站的某一特性，并未充分考虑基站储能与能耗的关联性，研究范围有所局限。同时，大部分研究落脚于通过需求响应来减少基站运行成本，但是未充分考虑5g基站中通信任务的特点，并且，对于电网侧影响，例如发电机组运行成本、可再生能源消纳等方面的研究很少。因此，针对这些问题，将可再生能源消纳与电力系统机组组合纳入考察范围中，制定合理有效的5g基站参与需求响应的方法，是一个难点问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法及系统，其目的在于，在5g基站参与需求响应的过程中，充分考虑5g基站中通信任务的特点，同电网侧电力系统运行相结合，实现5g基站通信网络与电网的整体优化调度，提高综合收益。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法，5g基站网络被划分为多个5g基站资源聚合点，由5g基站资源聚合点接入电力系统节点；同一个5g基站资源聚合点内的5g基站之间可进行通信任务的迁移，且5g基站中的非实时性通信任务可在同一个调度周期内向后迁移；

3、本发明提供的考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法包括：以发电机组运行成本、新能源舍弃成本以及5g基站运行成本最小为目标，建立5g基站需求响应模型并在预设约束条件下求解，得到5g基站工作策略、发电机组工作策略以及新能源消纳策略；

4、其中，预设约束条件包括5g基站的通信任务时空迁移约束；通信任务时空迁移约束包括：5g基站在任意时刻向后迁移的通信任务量不超过其原始通信任务中的非实时性通信任务量，同一5g基站中的非实时性通信任务只能向后迁移，5g基站在任意时刻迁移的通信任务量不超过其原始通信任务量，5g基站在任意时刻的任务量为其原始通信任务量与因为任务迁移而导致的任务增量之和，以及任务迁移前后5g基站资源聚合点内的通信任务总量不变。

5、进一步地，通信任务时空迁移约束的表达式包括：

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11、其中，t表示调度周期，t和t'表示调度时刻；j表示5g基站资源聚合点内的5g基站集合，j和j'表示5g基站；l(j,t)表示5g基站j在时刻t的原始通信任务量，l'(j,t)表示5g基站j在时刻t进行任务迁移后的通信任务量，ηdelay表示非实时性通信任务占比；mtime(j,t,t')表示5g基站j在时刻t向时刻t'迁移的非实时性通信任务量，mtime(j,t,t')表示5g基站j在时刻t'向时刻t迁移的非实时性通信任务量；mspace(t,j,j')表示5g基站j在时刻t向5g基站j'迁移的通信任务量，mspace(t,j',j)表示5g基站j'在时刻t向5g基站j迁移的通信任务量。

12、进一步地，预设约束条件还包括：5g基站的储能电池容量约束；储能电池容量约束包括：5g基站的储能电池在任意时刻的最低可用容量为5g基站在该时刻的能耗与应急时长的乘积。

13、进一步地，储能电池容量约束还包括：储能电池在任意时刻的容量不超过最大容量，且不低于最低可用容量；储能电池的容量在每个调度周期的开始时刻和结束时刻相同；储能电池在任意时刻的容量为前一时刻的容量与因为充放电而导致的容量增量之和。

14、进一步地，储能电池容量约束的表达式为：

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16、

17、

18、

19、其中，vmin(j,t)表示5g基站j中的储能电池在时刻t的最低可用容量，tres表示5g基站储能电池的应急时长，pb(j,t)表示5g基站j在时刻t的能耗；v(j,t)和v(j,t-1)分别表示5g基站j中的储能电池在时刻t和时刻t-1的容量，v(j,0)和v(j,t-1)分别5g基站j中的储能电池在调度周期的开始时刻和结束时刻的容量；vmax表示储能电池的最大容量；ich(j,t-1)表示5g基站j中储能电池在时刻t-1的充电工作状态，0表示未进行充电，1表示正在充电；pch(j,t-1)表示5g基站j中储能电池在时刻t-1的充电功率；idis(j,t-1)表示5g基站j中储能电池在时刻t-1的放电工作状态，0表示未进行放电，1表示正在放电；pdis(j,t-1)表示5g基站j中储能电池在时刻t-1的放电功率；δt为优化时间间隔。

20、进一步地，预设约束条件还包括：5g基站的储能电池的充放电约束；储能电池的充放电约束包括：储能电池不能同时充放电；充、放电功率的上下界约束。

21、进一步地，预设约束条件还包括：5g基站的最低运行能耗约束，表达式为：

22、

23、其中，表示5g基站j在时刻t的最低运行能耗；α和β为基站能耗系数。

24、进一步地，新能源包括风电，且预设约束条件还包括：风电出力上下界约束，表达式为：

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27、其中，pforecast(t)表示时刻t风电预测出力值；g[]表示正态分布；pload(t')表示时刻t'系统负荷需求量，rand(0,t-1)表示在一个调度周期内随机选取调度时刻，e(pload)表示系统日负荷需求均值；ηwind表示系统中风电渗透比例系数；ηadjust表示风电不确定调整系数；pw(t)表示时刻t系统的风电消纳量。

28、进一步地，预设约束条件还包括：机组出力约束，机组最小启停时间约束，机组运行时爬坡约束，机组启停爬坡约束以及电网功率平衡约束。

29、按照本发明的另一个方面，本发明提供了一种考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应系统，5g基站网络被划分为多个5g基站资源聚合点，由5g基站资源聚合点接入电力系统节点；同一个5g基站资源聚合点内的5g基站之间可进行通信任务的迁移，且5g基站中的非实时性通信任务可在同一个调度周期内向后迁移；

30、考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应系统包括：计算机可读存储介质和处理器，计算机可读存储介质用于存储计算机程序，处理器用于读取计算机可读存储介质中的计算机程序，执行本发明提供的考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法。

31、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

32、(1)本发明提供的考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法，提出了一种新的5g基站运行控制模式，即将5g基站网络划分为5g基站资源聚合点，并由5g基站资源聚合点接入电力系统节点，该运行控制模式充分考虑了5g基站的运行特点，即基站数目庞大且单个基站覆盖范围小、能耗低的特点，相比于现有方法中直接由单个基站直接同电网交互，该运行控制模式能够有效降低电力系统的交互负担与调度难度，有利于促进5g基站网络-电网的协同工作；在所提出的5g基站运行控制模式的基础上，本发明进一步分析并充分利用5g基站中通信任务的可迁移特性，允许同一基站中的非实时性通信任务在时间上向后迁移，且允许同一5g基站资源聚合点中的不同基站之间的通信任务在空间上迁移，并相应制定了通信任务时空迁移约束，由此能够在5g基站参与需求响应的过程中，充分考虑5g基站中通信任务的特点，充分挖掘5g基站需求响应空间与潜力，进一步提高需求响应调度的效果；此外，本发明所建立的5g基站需求响应模型，除了考虑5g基站运行成本之外，还考虑了发电机组运行成本和新能源舍弃成本，由此能够充分考虑5g基站参与需求响应对电网侧的影响，最终实现5g基站通信网络与电网的整体优化调度。总体而言，本发明能够在5g基站参与需求响应的过程中，充分考虑5g基站的运行特点以及通信任务的时空迁移特点，同电网侧电力系统运行相结合，实现5g基站通信网络与电网的整体优化调度，从而提高新能源消纳量，获得更高的综合收益。

33、(2)本发明所提供的考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法，进一步在5g需求响应模型的约束条件中考虑了5g基站中储能电池的储能与能耗之间的关联性，即5g基站的储能电池在任意时刻的最低可用容量为5g基站在该时刻的能耗与应急时长的乘积，该约束更为真实地反映了5g基站实际的运行特点，更具现实意义和可用性。

34、(3)本发明所提供的考虑新能源消纳和机组组合的5g基站需求响应方法，在其优选方案中，在指定可再生能源中的风能时，采用正态分布刻画风电在每个时刻的出力，并根据随机选取时刻的负荷需求量和日负荷需求均值计算正态分布的均值和方差，在计算正态分布的均值和方差时，还引入了风电渗透比例系数和风电不确定调整系数，提高了风电预测调节的灵活性，在不同风电环境下均可较为精确地预测风电出力。