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計及分時電價的5G基站光儲系統容量優化設置裝備擺設方式
韓子顏1,2樂齡住宅設計, 王守相1,2, 趙倩宇1,2, 鄭志杰3
（1. 智能電網教導部重點實驗室（天津年夜學），天津 300072; 2. 電力系統仿真把持天津市重點實驗室（天津年夜學），天津 300072; 3. 國網山東省電力公司經濟技術研討院，山東 濟南 250021）
摘要：隨著親子空間設計第5代移動通訊技術（5G通訊）的敏捷發展，5G基站數量不斷增添，5G通訊耗電量年夜、用電本錢高的問題日益凸起。為此，提出了考慮光伏和儲能接進的5G基站光儲系統優化設置裝備擺設方式，以進步5G基站運行的經濟性。起首，考慮5G基站負荷情況和配電網分時電價，樹立了5G基站光儲系統的經濟調度模子；然后，通過量子粒子群優化算法計算典範日內5G基站光儲系統的最小綜分解本，以此確定光伏和儲能的最優接進容量；最后，通過算例證明公道設置裝備擺設光伏和儲能容量可以進設計家豪宅步5G基站系統的經濟性。光伏和儲能容量的設置裝備擺設受儲能本錢和峰谷電價差的影響較年夜，且光儲系統所能帶來的經濟效益隨峰谷電價差的增年夜和儲能本錢的下THE R3 寓所降而增年夜。
引文信息
韓子顏, 王守相, 趙倩宇, 等. 計及分時電價的5G基站光儲系統容量優化設置裝備擺設方式[J]. 中國電力, 2022, 55(9): 8-15.
HAN Ziyan, WANG Shouxiang, ZHAO Qianyu, et al. A capacity optimization configuration method for photovoltaic and energy storage system of 5G base station considering time-of-use electricity price[J]. Electric Power, 2022, 55(9): 8-15.
引言
隨著新型基礎設施建設概念的提出，排在“新基建”七年夜產業中第一位的5G基站建設獲得了鼎力發展[1]。2019年11月，5G通訊開始商用，對5G基站建設的投進不斷加年夜。截至2021年9月，全國已累計開通超過115.9萬個5G基站，終端連接數達4.5億[2]，預計到2025年中國5G基站數量將達800萬個[3-4]。數量龐年夜的5G基站可以保證5G網絡覆蓋的有用性，也會增添通訊運營商的用電量。今朝重要運新古典設計營的5G基站主設備空載功耗約為2.3 kW，單站滿載功耗約為3.8 kW，遠超過4G基站的功耗[5-6]。另一方面，由于5G基站重要安排在高頻段，單站覆蓋范圍變小，均空間心理學勻覆蓋范圍為450 m擺佈，而4G基站的中醫診所設計均勻覆蓋范圍為1500 m擺佈[7-8]。為了達到同樣的通訊覆蓋後果，5G基站的建設數量也將年夜年夜超過4G基站。預計到2025年，5G基站總用電量將近2 000億kW·h/年，占全社會用電量的2.0%[9]。是以，通訊運營商可否找到有用下降基站耗電量的辦法將影響到未來5G通訊的普及。現階段對于若何減少5G基站的用電本錢已展開了諸多研討。文獻[10]考慮在分歧的通訊運營商之間，通過無線負載共享和動力互動使輕負載的基站進進休眠形式，以此來節省動力本錢。文獻[11]提出了在分歧基站間可以分別通過動力一起配合、通訊一起配合以及動力與通訊聯合一起配合的方法，來下降蜂窩網絡的動力本錢。文獻[12]提出了一種設置基礎覆蓋4G小區門限，樹立鄰區忙時喚醒機制的5G智能節能方式，結果證明在實驗區域內獲得了傑出的後果。與傳統電網比擬，動力互聯網系統允許組件之間能量的雙向流動，這推動了5G基站與電網互動理念的發展[13-14]。退休宅設計在動力互聯網系統中，為5G基站設置裝備擺設分布式電源和儲能裝置，未來將成為通訊基站能耗高和用電本錢年夜的一種潛在解決計劃。通過對配有分布式電源和儲能的基站進行用電調度，讓通訊運營商參與電網需求響應，可以減罕用電收入和碳排放。
基于此佈景，本文開展了基于光伏發電和儲能的5G基站光儲系統容量優化設置裝備擺設方式研討，應用光伏發電解決5G基站用電本錢年夜的問題，通過設置裝備擺設儲能對光伏出力讓她只能選擇A選項。和峰谷電價差進行公道應用，進一個步驟下降5G基站運行本錢。
1 基站能耗模子
基站即公用移動通訊基站，是移動設備接進互聯網的接口設備。從廣義上，基站分為宏基站和小基站2種。根據覆蓋范圍鉅細，小基站又可以分為微基站、皮基站和飛基站[14]。相對于宏基站能耗來說，小基站的能耗較小[15]，僅為宏基站能耗的1/200~1/8[16]。本文重要針對能耗較高的5G宏基站進行相關研討，是以，下文中所提到的5G基站均為5G宏基站。
基站主設備的能耗可以分為靜態能耗和動態能耗兩部門[17]。此中，靜態能耗與接進用戶無關，是基站維持正常運行的基礎能耗；動商業空間室內設計態能耗是指基站能耗隨通訊數據量變化的部門，動態能耗與通訊數據量成反比例關系[18]。基站主設備的能耗表達式為
式中：PB,t為基站t時刻的能耗；PS,t為基站t時刻的靜態能耗；ε為基站的能耗效力系數；PD,t為基站t時刻的動態能耗。由于設備硬件的限制，PD,t的取值為
式中：γ為反應通訊數據量的系數；PD,max為基站的最年夜動態能耗。
2 基站光儲系統數學模子
2.1 目標函數
本文選取系統調度周期為一天，以在調度周期內基站光儲系統的綜分解本最小為目標，目標函數為
式中：F為光儲系統的綜分解本；CPV為光伏發電的投資和運行維護價格在收受接管年限內均勻日價格；CES為儲能的投資和運行維護價格在收受接管年限內均勻日價格；Cgrid為與電網交換功率的價格。
式中：rPV為光伏的收受接管系數；cPV為光伏的單位容量造價；PPV為光伏的安裝容量；μPV為光伏輸出單位功率的維護價格；PPV,t為光伏在t時刻的輸出功率；r為貼現率；nPV為光伏的收受接管年限。
式中：rES為儲能的收受接管系數；cES為儲能單位容量的安裝投資價格；SES為儲能容量；CES,year為儲能設備單位容量年運行維護價格；α為儲能均勻天天充放電循環次數；τ為儲能均勻天天的衰減率；nES為儲能的收受接管年限。
式中：ct為t時刻從電網的購售電價；Pgrid,t為t時刻與電網間交換功率，當Pgrid,t≥0時，表現從電網購電，當Pgrid,t<0時，表示向電網售電。
2.2 約束條件
（1）功率均衡約束為
式中：PES,t為t時刻儲能的充放電功率，PES,t≥0為儲能放電，PES,t<0為儲能充電。
（2）儲能狀態約束。儲能的過充過放都會對本身形成損害，加速容量衰減，是以需求限制儲能的放電深度[19]。
儲能系統充放電受儲能電池荷電狀態影響[20]。儲能充電時，t+1時刻儲能的荷電狀態為
儲能放電時，t+1時刻儲能的荷電狀態為
式中：SOC,t+1、SOC,t分別為t+1和t時刻儲能的荷電狀態；ηch為儲能充電效力；Δt為時段；ηdis為儲能放電效力；SOC,max、SOC,min分別為儲能荷電狀態的上、上限；Pch為儲能任務在充電狀態時的功率限值，符號為負；Pdis為儲能任務在放電狀態時的功率限客變設計值，符號為正。
儲能每個時刻的荷電狀態繼承了前一時刻的荷電狀態，而為了防止前一日的剩余電量對后一日的法式規劃形成影響，規定在天天結束時的儲能荷電狀態等于第二天初始時的荷電狀態，即
式中：SOC,0都處於劣勢。、SOC,24分別為天天始末時刻儲能的荷電狀態。
（3）儲能接進容量約束為
式中：SES,max、SES,min分別為儲能可接進的最年夜、最小容量。
（4）光伏發電接進容量約束為
式中：PPV,max、PPV,min分別為光伏發電可接進的最年夜、最小容量。
3 模子求解
粒子群優化（particle swarm optimization, PSO）算法是基于種群搜刮的自適應進化計算技術。作為一種主要的優化東西，PSO算法已經勝利地應用于函數優化、神經網絡訓練等領域[21]。
PSO算法不克不及保證以概率牙醫診所設計1搜刮到全局最優解，收斂速率普通[22]。為清楚決上述問題，文獻[23]從量子力學的角度考核粒子個體與群體的進化形式，提出了收斂速率更快且具有全局收斂性的量子粒子群優化（quantum-behaved particle swarm optimization, QPSO）算法。與PSO算法比擬，QPSO算法中的粒子只帶有地位信息，算法的把持參豪宅設計數相對更少，具有全局尋優才能強和計算耗時短的優點[24-25]。
當粒子在搜刮空間中移動時，存在著一個以部分吸引點為中間的δ勢能吸引著粒子，這恰是粒子能夠堅持湊集性的緣由[26]。由于在δ勢能的吸引下，粒子可以在整個可行身心診所設計域的范圍內依照好好休息，沒有化妝，只是一個「填充」嘉賓，葉蒼白不確定的搜刮軌跡進行搜刮，使大直室內設計得QPSO算法具有全局收斂性。
在第k次迭代時，粒子i在第d維的勢阱為
式中：pbestid為粒子i的個體最優地位；gbestd為群體的全局最優地健康住宅位；φ(k)為服從(0, 1)上均勻分布的隨機數。
粒子的地位更換新的資料方程為
式中：β(k)和u(k)均為服從(0, 1)上均勻分布的隨機數，β(k)前的符號取決于u(k)的鉅細，當u(k)＞0.5時，β(k)前的符號為負，反之則為正；md(k)為第k代第d維的均勻最優地位，即一切粒子本身最優地位的中遊艇設計間，其具體計算式為
式中：N為粒子群體鉅細。
對于本文的優化問題，采用QPSO算法進行求解，粒子群體鉅細N為5889，維數d為25，目標函數為適應度函數。在滿足約束條件的情況下，求得5G基站光儲系統的綜分解本價格最小值，并可以確定光伏和儲能的最佳接進容量。求解流程如圖1所示。
4 算例剖析
4.1 數據資料
選取天津市某5G基站為例，已知該基站站址具備建設光伏發電和儲能的條件。該基站的靜態能耗為2.3 kW，基站的能耗效力系數為2.8571[27]，基站的最年夜動態能耗為無毒建材550 W。天母室內設計通訊數據量系數的選取與流量高下有關，在02:00—07:00時段為[0.5, 0.75]間的隨機數，在00:00—02:00、08:00—24:00時段為[0.75, 1]間的隨機數。為保證算例剖析不受通訊數據教授，擁有多家科技公司，葉老師取得了別人一生都難量系數的影響，數值鉅細在每個場景中堅持不變。這里做以下假定：光伏的最年夜允許安裝容量為15 kW，光伏發電的建設本錢為3735元/kW，單個光伏組件最年夜發電功率為400 W，收受接管年限為15年，單位輸出功率的維護價格為0.21元/kW。儲能的最年夜允許安裝容量為15 kW·h，單位容量安裝投資價格為1000元/(kW·h)，單位容量年運行維護價格為100元/(kW·h)，均勻天天的衰減率取0.04%，收受接管年限為8年，荷電狀態的高低限分別為0.95、0.3，系統貼現率取8%。為了剖析分歧電價對結果的影響，設計了具有雷同佈景和參數設置的3個場景，區別如下。
（1）場景1：基站光儲系統一天各個時段向電網的購售電價如表1所示。
表1 場景1的分時電價
（2）場景2：將基站光儲系統向電網購電電價的峰谷價差調整為3∶1，具體養生住宅數值如表2所示。
表2 場景2的分時電價
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