計及通信負(fù)載的5G基站儲能調(diào)控策略

　　摘要 5G 基站建設(shè)作為“新基建”的重要組成部分，正加快推進(jìn)建設(shè)進(jìn)程。隨著 5G 基站建設(shè)數(shù)量劇增，基站備用儲能將是一筆容量可觀的儲能資源。由于 5G 基站仍處于建設(shè)初期，其作為新的儲能配置主體參與配電網(wǎng)協(xié)同互動的策略仍亟待研究。文中設(shè)計了以盤活通信基站閑置儲能資源為目的的 5G 基站云儲能系統(tǒng)，提出計及通信負(fù)載的基站儲能可調(diào)度潛力分析方法，并建立了 5G 基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度模型。算例分析結(jié)果表明，文中所提 5G 基站儲能調(diào)控策略可降低儲能充放電對備電作用的影響，并利用基站通信負(fù)載的時間差異性與空間互補性，有效達(dá)到輔助電網(wǎng)削峰填谷、減少基站運營成本的效果，使電網(wǎng)與通信運營商互利共贏。

　　麻秀范; 孟祥玉; 朱秋萍; 段穎; 王志， 電工技術(shù)學(xué)報 發(fā)表時間：2021-09-06

　　關(guān)鍵詞：5G 基站備用儲能 通信負(fù)載 云儲能系統(tǒng) 可調(diào)度潛力

　　0 引言

　　近兩年，我國明確提出加快“新基建”發(fā)展步伐，5G 基站建設(shè)作為新基建之一，正穩(wěn)步推進(jìn)建設(shè)進(jìn)程。5G 通信的頻段較高，單個 5G 基站覆蓋范圍較 4G 基站小，且由于使用了更大規(guī)模的陣列天線、更高的帶寬，其耗能明顯高于 3G、4G 基站，各大運營商都在積極探索降低電費的方法。5G 基站通常會配置儲能作為備用電源來保證基站的不間斷供電需求，據(jù)工信部預(yù)計 2023 年 5G 基站對備用電池需求量將達(dá)到 31.8 GW•h，這是一筆非常大的儲能資源。隨著我國配電網(wǎng)更加堅強可靠，在市電正常供電時，通信基站儲能電池一直處于閑置狀態(tài)，造成了資源的浪費。因此，如何盤活碎片化閑置儲能資源，使 5G 基站作為新的儲能配置主體參與到與配電網(wǎng)的協(xié)同互動中來，從而實現(xiàn)電網(wǎng)與通信運營商的互利共贏將成為研究的重點。

　　目前，在 5G 基站能效管理方面，國內(nèi)外研究者多聚焦于基站休眠技術(shù)的研究[1-4]，其意在從源頭降低基站的能耗，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源、降低運營商電費成本的目的。但這種方法在節(jié)能降費的同時往往伴隨運營商通信服務(wù)質(zhì)量受損，5G 通信用戶體驗感降低等風(fēng)險，因此亟待研究結(jié)合基站通信負(fù)載情況及不同時間空間尺度的動態(tài)功耗管理技術(shù)。

　　在儲能調(diào)控技術(shù)方面，越來越多的學(xué)者致力于研究使各類分布式儲能資源參與電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度的方法[5-10]。文獻(xiàn)[11]提出電動汽車分布式儲能概念，考慮電池、電網(wǎng)和車主使用約束，提出計及電動汽車 出 行 不 確 定 性 的 儲 能 充 放 電 控 制 策 略 。 文 獻(xiàn) [12-13]基于規(guī)模化聚合管理分布式儲能的研究思路，分別建立了電力市場環(huán)境下分布式儲能聚合商參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)控模型。文獻(xiàn)[14]總結(jié)了 5G 基站設(shè)備組成和用電特性，并對基站后備儲能作為靈活需求側(cè)資源參與電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)互動進(jìn)行展望，但并未提出 5G 基站儲能參與協(xié)調(diào)互動的具體調(diào)控方法。由于 5G 基站具備自身通信業(yè)務(wù)特性，其他形式的儲能調(diào)控研究成果無法完全適配于 5G 基站儲能調(diào)控，因此考慮通信基站后備儲能特殊性的參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度方法將成為研究重點。

　　隨著能源與信息領(lǐng)域深度融合的不斷推進(jìn)，通過構(gòu)建儲能云平臺，利用能量信息化技術(shù)和先進(jìn)通信技術(shù)對分散的儲能資源進(jìn)行數(shù)字化管控逐漸受到研究學(xué)者的關(guān)注[15]。文獻(xiàn)[16]解釋了云儲能及其相關(guān)概念，詳細(xì)闡述了云儲能模式的各個要素及未來研究展望。文獻(xiàn)[17]設(shè)計了本地自治的基站備用電池云儲能系統(tǒng)，并提出了云儲能系統(tǒng)的運營模式，但并未針對基站備用電池的能量管控方法進(jìn)行具體研究。總結(jié)來看，目前關(guān)于 5G 基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度的具體方式研究還比較缺乏，亟待對其進(jìn)行進(jìn)一步探索與完善研究。

　　本文從聚合大規(guī)模、分布式的基站儲能資源以參與電網(wǎng)協(xié)同互動的角度，設(shè)計了以盤活通信基站閑置儲能資源為目的的 5G 基站云儲能系統(tǒng)。提出考慮基站通信負(fù)載差異性的基站儲能可調(diào)度潛力分析方法，并根據(jù)基站儲能的可調(diào)度容量，使用最小化負(fù)荷曲線方差及最大化儲能調(diào)控收益作為優(yōu)化目標(biāo)，建立 5G 基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度模型。并通過算例分析驗證了模型的有效性與合理性，為 5G 基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度提供了策略參考。

　　1 5G 基站云儲能系統(tǒng)簡介

　　1.1 5G 基站云儲能系統(tǒng)控制架構(gòu)

　　5G 基站儲能具有數(shù)量多，分散廣，個體容量小的特點。若由電網(wǎng)直接控制各單個基站儲能的充放電行為，會給電網(wǎng)帶來過重的計算負(fù)擔(dān)及工作量[18-19]，也削弱了電網(wǎng)利用基站分布式小容量儲能的意愿，因此由電網(wǎng)直接調(diào)控基站儲能的可行性較低。本文在電網(wǎng)與各單個 5G 基站儲能之間引入 5G 基站云儲能調(diào)控平臺這個類似中間代理商的角色，形成由電網(wǎng)-云儲能調(diào)控平臺-5G 基站三個主體構(gòu)成的 5G 基站云儲能系統(tǒng)，利用云儲能的形式將小而分散的 5G 基站儲能虛擬聚合，意在利用先進(jìn)的通信技術(shù)打破物理連接局限，使電網(wǎng)靈活利用這種容量小、分散廣的儲能資源成為可能。

　　在該控制架構(gòu)下，大量且分散的 5G 基站儲能以終端形式接入云儲能調(diào)控平臺，并受其調(diào)控進(jìn)行充放電響應(yīng)。基站云儲能調(diào)控平臺作為 5G 基站儲能和電網(wǎng)之間的交互平臺，根據(jù)采集終端儲能的狀態(tài)參數(shù)，制定充放電計劃并將其上傳至電力系統(tǒng)調(diào)度中心，經(jīng)電網(wǎng)安全校核并反饋結(jié)果后將具體的充放電策略下達(dá)至各 5G 基站，起到了傳遞信息流的作用。5G 基站儲能執(zhí)行收到的調(diào)控指令信息，通過儲能的充電與放電實現(xiàn)與電網(wǎng)之間能量流的傳遞。

　　1.2 5G 基站云儲能系統(tǒng)調(diào)控模式

　　5G 基站儲能參與電網(wǎng)優(yōu)化運行的目的主要是為盤活閑置的基站備用電池儲能資源，通過合理的充放電過程實現(xiàn)參與電網(wǎng)削峰填谷，并利用峰谷電價差獲取一定的收益。其可選擇的調(diào)控模式可大致分為以下兩種：

　　1)基站自主調(diào)控

　　在該調(diào)控模式下，基站僅考慮自身備用電池實際使用情況，根據(jù)當(dāng)前電價控制基站儲能的充放電行為，通過儲能的低儲高放獲得收益。

　　2)云儲能調(diào)控平臺運營方通過與通信運營商簽訂合同直接調(diào)控基站儲能

　　在該調(diào)控模式下，云儲能調(diào)控平臺運營方通過與通信運營商簽訂合同，獲取基站儲能設(shè)備的調(diào)控權(quán)，并通過與電網(wǎng)的信息交互按照電網(wǎng)實際運行需求下達(dá)調(diào)控指令，調(diào)整包括儲能功率、啟停等在內(nèi)的充放電行為。

　　考慮到 5G 基站個體容量小且數(shù)量多，基站依據(jù)電價自主調(diào)控儲能，缺少與電網(wǎng)之間信息的交互，未必會真正滿足電網(wǎng)實際運行需求。甚至由于對電價信息的敏感程度和響應(yīng)速度的差異性出現(xiàn)過響應(yīng)或響應(yīng)滯后等結(jié)果，嚴(yán)重影響了基站儲能參與電網(wǎng)優(yōu)化運行的效果。因此，本文對 5G 基站儲能調(diào)控策略的研究采用基于合同的直接調(diào)控模式。

　　1.3 5G 基站云儲能系統(tǒng)調(diào)控流程

　　基站云儲能調(diào)控平臺實現(xiàn)將分散的 5G 基站儲能聚合以服務(wù)電網(wǎng)，其與電網(wǎng)和 5G 基站的交互流程如圖 1 所示。

　　調(diào)控平臺運營方在 5G 基站側(cè)安裝終端量測、通信和控制設(shè)備，對基站的運行狀態(tài)、儲能設(shè)備參數(shù)和基站負(fù)載狀態(tài)等信息進(jìn)行實時監(jiān)測，并結(jié)合各 5G 基站的備用電池需求情況分析基站儲能的可調(diào)度潛力，制定聚合后的基站儲能調(diào)用出力計劃并上報給電網(wǎng)。電網(wǎng)經(jīng)安全校核反饋給調(diào)控平臺需求指令，調(diào)控平臺根據(jù)指令制定具體的調(diào)控策略并下達(dá)至各 5G 基站，控制各基站儲能的充放電行為。

　　2 5G 基站儲能可調(diào)度潛力分析

　　2.1 基站通信負(fù)載特性

　　用戶作為基站通信數(shù)據(jù)流量產(chǎn)生的來源，其日常使用行為在一定程度上導(dǎo)致了通信流量負(fù)載在不同時刻呈動態(tài)變化的特性。且用戶在移動網(wǎng)絡(luò)中隨時可能處于移動狀態(tài)，隨著用戶在空間位置上的移動，其通信過程也會在不同基站覆蓋區(qū)之間移動。如圖 2 所示，以目前應(yīng)用成熟的 4G 基站通信負(fù)載時空特性舉例說明[20]。

　　可以看到，在時間特性方面，受用戶生活習(xí)慣的影響，基站通信負(fù)載在一天 24 h 內(nèi)處于波動狀態(tài)，且存在明顯負(fù)載高峰和低谷;在空間特性方面，工作時段辦公區(qū)域的基站通信負(fù)載明顯高于居民區(qū)域，而非工作時段，居民區(qū)域的基站通信負(fù)載明顯高于辦公區(qū)域。我們身邊的眾多場所如商業(yè)區(qū)，辦公區(qū)，住宅區(qū)等區(qū)域均隨人類移動行為而存在明顯的用戶數(shù)量波動性，這使得處于不同地理區(qū)域的基站通信負(fù)載情況存在明顯差異性與一定程度的互補性。隨著 4G 時代向 5G 時代邁進(jìn)，定然會催生出依托于 5G 高傳輸速率、低延遲等優(yōu)勢的新業(yè)務(wù)及應(yīng)用，但其對于人類移動行為的影響比較有限，故處于不同功能區(qū)域的 5G 基站通信負(fù)載也會存在一定程度的差異與互補。目前 5G 基站儲能的容量主要參考基站峰值負(fù)載所對應(yīng)的峰值功耗進(jìn)行配置，由于基站通信負(fù)載并不是時刻都處于峰值狀態(tài)，故其儲能的配置存在一定冗余，這也為基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)調(diào)互動提供了可挖掘的調(diào)度潛力。

　　2.2 基站儲能可調(diào)度容量模型

　　5G 基站儲能最主要的功能是作為備用電源來保證基站的不間斷供電需求，因此 5G 基站儲能充放電方案的制定，需要根據(jù)基站對備用電源需求的緊要程度，以最小化市電突然停供對基站連接用戶的影響為前提，進(jìn)行制定。

　　基站負(fù)載表示了基站承擔(dān)業(yè)務(wù)量的多少，可以由基站接入用戶數(shù)、占用帶寬比、占用子帶寬數(shù)等表示[21]。本文以基站接入的用戶數(shù)目表示基站負(fù)載量，并引入一個基站負(fù)載率指標(biāo)?load 為 load = all L L ? (1)式中，L 為基站當(dāng)前接入用戶數(shù);Lall 為基站可承擔(dān)最大用戶接入量。基站負(fù)載率指標(biāo)?load 定義為基站當(dāng)前接入用戶量和基站最大用戶接入量的比值，反映了基站當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)的繁重程度，由于用戶接入基站時不允許超負(fù)載，故 [0,1] ?load ?。根據(jù)?load 的大小對基站負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行劃分，見表 1。

　　其中，基站負(fù)載狀態(tài)指標(biāo)閾值 n 可根據(jù)基站自身情況及調(diào)控需求靈活調(diào)整。由于基站負(fù)載狀態(tài)直接影響其對于備用電源需求的緊要程度，對于處于重負(fù)載狀態(tài)的基站，其接入用戶數(shù)目大，承擔(dān)業(yè)務(wù)量多，對備用電源的容量穩(wěn)定性和備電可靠性要求很高，而儲能調(diào)控參與電網(wǎng)互動會影響其作為備用電源的可靠性，故本文不考慮對處于重負(fù)載狀態(tài)的基站儲能進(jìn)行調(diào)控。對于處于零負(fù)載狀態(tài)和正常狀態(tài)的基站，因其對備用電源需求的緊要程度相對較低，隨著市電供電可靠性的提高，為了避免基站儲能在市電供應(yīng)正常時長期處于閑置狀態(tài)而造成資源的浪費，考慮對此類基站儲能進(jìn)行合理調(diào)控，提高資源利用率。

　　為了提高基站儲能調(diào)控的合理性，考慮通過限制基站儲能充放電的荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)范圍將基站儲能可調(diào)控容量與基站負(fù)載狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，盡量降低儲能調(diào)控對備電作用的影響。

　　具體實現(xiàn)方法如圖 3 所示。

　　由圖 3 可知，Sup 和 Sdown 分別為儲能電池為避免過充過放設(shè)置的 SOC 上、下限值，Smin 和 Smax 分別為考慮基站負(fù)載狀態(tài)而設(shè)定的儲能充放電 SOC 上下限，其中 min load S k ? ? (2)式(2)將基站儲能的放電 SOC 下限與基站負(fù)載狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，k 為關(guān)聯(lián)系數(shù)且 k ?[0,1] 。當(dāng)基站負(fù)載狀態(tài)指標(biāo)?load 值增大時，儲能的放電 SOC 下限 Smin 隨之增高，儲能放電到約束的 SOC 值時便停止放電，盡可能提升儲能的備電可靠性。

　　對于基站儲能充電上限的約束沒有放電下限約束那么嚴(yán)格，因為基站儲能處于容量充裕狀態(tài)是有利于基站備電可靠性的，故可將 Smax 默認(rèn)設(shè)置為 Smax=Sup。

　　綜合考慮儲能的兩種約束，得到基站 i 的最終充放電 SOC 上、下限分別為 ,min min max{ , } i down S S S ? (3) S S S i up ,max max ? ? (4)根據(jù)基站 i 儲能的實時 SOC 狀態(tài)和充放電 SOC 上、下限可計算儲能的向上可充電容量和向下可放電容量分別為 ,max ( ) [ ( )] pc E t S S t E i i i ? ? ? (5) ,min ( ) [ ( ) ] pd E t S t S E i i i ? ? ? (6)式中， () pc E t i 和 ( ) pd E t i 分別為向上可充電容量和向下可放電容量;Si(t)為 t 時刻基站 i 儲能的 SOC 值; Si,max 和 Si,min 為基站 i 的儲能充放電 SOC 上下限，E 為儲能額定容量。

　　根據(jù)儲能的可充電容量和可放電容量可以計算出在一個調(diào)度的時間間隔 Δt 內(nèi)，基站 i 儲能的最大充電功率和最大放電功率為 ,max ( ) ( ) min( , ) pc c i i i E t p t p t ??? (7)式中， ,max pc i p 為基站 i 儲能在 Δt 內(nèi)的最大充電功率; i p ?為儲能電池的最大充電功率限制值。

　　假設(shè)充電基站儲能群的基站數(shù)量為 M 個，則 t時刻充電儲能群的最大充電功率為 max ,max 1 ( ) ( ) M c c i i P t p t ??? (8)同理，儲能放電時 ,max ( ) ( ) min( , ) pd d i i i E t p t p t ??? (9)式中， ,max pd i p 為基站 i 儲能在 Δt 內(nèi)的最大放電功率; i p ? 為儲能電池的最大放電功率限制值。假設(shè)放電基站儲能群的基站數(shù)量為 N 個，則 t 時刻放電儲能群的最大放電功率為 max ,max 1 ( ) ( ) N d d i i P t p t ??? (10)

　　3 計及通信負(fù)載的 5G 基站儲能調(diào)控策略

　　3.1 基站儲能分群調(diào)控原理

　　本文選取了 5G 基站儲能分群依據(jù)的四個指標(biāo)，分別為：市電供應(yīng)狀態(tài)、基站負(fù)載狀態(tài)、儲能荷電狀態(tài)和儲能充放電次數(shù)。

　　1)市電供應(yīng)狀態(tài)：是最先需要考慮的狀態(tài)量，我們所研究的對 5G 基站儲能的調(diào)控都是基于儲能閑置條件下的，若市電故障停電，基站儲能必然要履行其備電作用。

　　2)基站負(fù)載狀態(tài)：不同基站在不同時刻的流量負(fù)載是不同的，可根據(jù)基站流量負(fù)載程度不同為其添加零負(fù)載、輕負(fù)載、重負(fù)載標(biāo)簽。對于流量負(fù)載過高的重負(fù)載基站，因其承擔(dān)的用戶數(shù)目大，業(yè)務(wù)多，對基站儲能的備電可靠性需求也會增高，我們考慮不對重負(fù)載基站的儲能進(jìn)行調(diào)控，令其僅作備電。

　　3)儲能荷電狀態(tài)：根據(jù)儲能荷電狀態(tài)的不同來決定是將其編入充電儲能群還是放電儲能群，并可以通過設(shè)定一定的荷電狀態(tài)限制值來限制儲能的充放電深度。

　　4)儲能充放電次數(shù)：儲能充放電次數(shù)與儲能系統(tǒng)壽命直接相關(guān)，設(shè)定充放電次數(shù)限制可以避免儲能因受電網(wǎng)調(diào)控而頻繁充放電導(dǎo)致其使用壽命下降的問題。對于儲能充放電次數(shù)達(dá)到上限的基站儲能不考慮繼續(xù)對其進(jìn)行調(diào)控。

　　具體分群判別的流程如圖 4 所示。

　　3.2 儲能調(diào)控目標(biāo)函數(shù)

　　隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)對削減峰時用電、緩解線路阻塞、提高電力系統(tǒng)運行安全性與經(jīng)濟性的需求逐步提升，同時，通信運營商也急需利用現(xiàn)有資源降本增效從而進(jìn)一步推動 5G 基站的推廣建設(shè)進(jìn)程。故為切實達(dá)到基站儲能與電網(wǎng)互動的友好協(xié)調(diào)，本文考慮以下兩個優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。

　　1)目標(biāo)函數(shù) 1：最小化負(fù)荷曲線方差? ? 24 1 1 2 24 1 1 min ( ) ( ) ( ) 24 1 ( ) ( ) ( ) 24 ch diss t ch diss t F D t P t P t D t P t P t ???? ? ? ???? ? ? ?????(11)式中，D(t)為 t 時刻電網(wǎng)的負(fù)荷需求;Pch(t)、Pdiss(t) 為 t 時 刻 5G 基 站 儲 能 總 充 電 放 電 功 率 ， 且 Pch(t)=ΣPi,ch(t)，Pdiss(t)=ΣPi,diss(t)。

　　2)目標(biāo)函數(shù) 2：最大化基站儲能調(diào)控效益max ( ) ( ) ( ) ( ) diss t diss ch t ch t b diss ch t F P t t P t t C P t P t t ? ???? ? ? ?? ? ???(12)式中，πch,t 和 πdiss,t 分別為基站儲能在 t 時刻的充放電價格;Cb 為基站儲能損耗成本系數(shù);Δt 為單位時間間隔。

　　3.3 儲能調(diào)控約束條件

　　1)基站儲能的充放電狀態(tài)約束? ? 0 1 , ,0 1 ch diss ch diss ? ?? ?? ? ? ? ??? ? ? (13)式中，βch、βdiss 為儲能充放電狀態(tài)變量，上述約束保證單個 5G 基站儲能在同一時段不可處于既充電又放電狀態(tài)。

　　2)調(diào)控平臺充放電指令約束

　　5G 基站云儲能調(diào)控平臺在任一調(diào)度時段內(nèi)不能同時下達(dá)充電和放電指令，但可以處于既不充電也不放電的待機狀態(tài)，故調(diào)控平臺的充放電指令約束為 diss ( ) ( )=0 P t P t ch ? (14)

　　3)儲能充放電等式約束 , , , , , , i diss t i t i t t ch i ch t diss P t E E P t ?????? ? ? ?(15)式中，Ei,t 為 t 時刻儲能 i 容量;ηch 為儲能充電系數(shù); ηdiss 為儲能放電系數(shù);E 為儲能額定容量。

　　4)儲能充放電功率約束 , , ,max , , ,max 0 ( ) ( ) 0 ( ) ( ) c i ch ch t i d i diss diss t i P t P t P t P t ??? ? ? ??? ? ? ? (16)式中，Pi,ch(t)為儲能 i 在 t 時刻的充電功率;Pi,diss(t) 為儲能 i 在 t 時刻的放電功率。

　　5)儲能 SOC 上下限約束 i t i t i t ,min, , ,max, S SOC S ? ? (17)式中，Si,min,t 為儲能 i 在 t 時刻的 SOC 下限;Si,max,t 為儲能 i 在 t 時刻的 SOC 上限。

　　6)電網(wǎng)功率約束 min max min max ( ) ( ) grid ch grid grid diss grid P P t P P P t P ? ? ? ??? ? ? ? (18)式中， max grid P 、 min grid P 分別為當(dāng)前區(qū)域電網(wǎng)允許的傳輸功率上、下限。

　　3.4 多目標(biāo)處理

　　文中所提模型為多目標(biāo)優(yōu)化問題，為便于模型求解，首先利用 min-max 標(biāo)準(zhǔn)化方法消除目標(biāo)函數(shù)間量綱及數(shù)量級的差異，對各目標(biāo)函數(shù)歸一化處理如下： 1)極小化目標(biāo)函數(shù)歸一化處理 ' min max min i i i i i F F F F F ??? (19) 2)極大化目標(biāo)函數(shù)歸一化處理 ' max max min i i i i i F F F F F ??? (20)式中，F(xiàn)i、F ’ i 分別為歸一化前后目標(biāo)函數(shù)值;Fimax、 Fimin 分別為目標(biāo)函數(shù)最大、最小值。利用權(quán)系數(shù)法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)優(yōu)化： 2 ' 1 min i i i F F ???? (21)式中，ωi 為權(quán)重系數(shù)，且 Σωi=1。權(quán)重系數(shù)可按照實際調(diào)控需求調(diào)節(jié)，本文以 ωi 分別為 0.5，0.5 進(jìn)行求解。

　　4 算例分析

　　4.1 算例數(shù)據(jù)

　　為驗證模型有效性，采用某地區(qū)典型日負(fù)荷曲線[22]作為原始負(fù)荷數(shù)據(jù)，負(fù)荷曲線如圖 5 所示，分時電價見表 2。假設(shè)該地區(qū)共有 200 個 5G 基站參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度，且分散于工作區(qū)、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、寄宿制大學(xué)中學(xué)區(qū)和工作住宅混合區(qū) 5 種不同功能區(qū)域，每種功能區(qū)域的 5G 基站數(shù)量占比分別為 38%、 17%、14%、8%和 23%。由于目前 5G 基站的建設(shè)覆蓋范圍和用戶使用情況還未達(dá)到穩(wěn)定水平，故初步利用文獻(xiàn)[23]中的 4G 基站通信負(fù)載變化趨勢來模擬算例中涉及的 5G 基站通信負(fù)載變化，即各功能區(qū)域典型 5G 基站通信負(fù)載變化趨勢如圖 6 所示。

　　根據(jù)當(dāng)前 5G 基站后備電源配置情況，本文研究的單個 5G 基站均配置一組 48 V/400 A•h 的儲能電池，各基站儲能在調(diào)度時段初始的 SOC 值為 0.3，且每小時最大充放電功率為 0.3 倍額定容量，具體儲能設(shè)備參數(shù)見表 3。

　　4.2 結(jié)果分析

　　4.2.1 儲能充放電策略結(jié)果

　　根據(jù)各區(qū)域基站通信負(fù)載變化趨勢，本文不考慮對基站負(fù)載狀態(tài)指標(biāo)大于 0.8 的繁重基站進(jìn)行儲能調(diào)控，即基站負(fù)載狀態(tài)指標(biāo)閾值 n 取 0.8[21]，且 2.2 節(jié)所述關(guān)聯(lián)系數(shù) k 取 0.5，利用 matlab 平臺調(diào)用 cplex 求解器進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最終基站儲能充放電策略。圖 7 展示了在一個調(diào)度周期內(nèi) 5G 基站儲能受基站云儲能調(diào)控平臺調(diào)控的充放電策略結(jié)果及原始負(fù)荷曲線和疊加儲能出力后的實際負(fù)荷曲線，其中正值為儲能充電功率，負(fù)值為放電功率。

　　由圖 7 可知，基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度可以平抑峰谷差，達(dá)到削峰填谷的效果，且不會因儲能的出力而引起新的負(fù)荷尖峰或負(fù)荷低谷。具體削峰填谷效果見表 4。

　　4.2.2 各區(qū)域儲能充放電結(jié)果

　　五種功能區(qū)域典型 5G 基站充放電策略結(jié)果如由圖 8 可知，0~8 時各區(qū)域基站儲能處于充電階段緩慢積累電量，達(dá)到填谷效果。在放電階段，基站通信負(fù)載高峰時段儲能處于待機狀態(tài)不與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)互動，進(jìn)而保證儲能留有一定余量進(jìn)行備電;基站通信負(fù)載正常及低谷時段基站儲能放電，達(dá)到削峰效果。位于大學(xué)及寄宿制中學(xué)區(qū)和住宅區(qū)的基站儲能放電主要集中于 10~13 時，位于商業(yè)區(qū)和工作區(qū)的基站儲能放電主要集中于 17~22 時，放電時段對應(yīng)各區(qū)域基站通信負(fù)載較低時段。由于不同區(qū)域基站通信負(fù)載變化存在一定互補性，使得各區(qū)域儲能的充放電動作相互配合，因此集中后的基站儲能可調(diào)度潛力不會在某個時段過低或過高。

　　4.2.3 儲能充放電策略對比分析

　　本文提出的計及基站通信負(fù)載狀態(tài)的工作住宅混合區(qū)典型儲能充放電策略及不計及通信負(fù)載狀態(tài)的儲能充放電策略如圖 9 所示。

　　由圖 9 可知，本文提出策略在基站通信負(fù)載高峰時段(如 19~20 時)處于待機狀態(tài)，保留了一定儲能容量進(jìn)行備電;不計及通信負(fù)載狀態(tài)的充放電策略在 19~20 時儲能已放電至容量較低水平，而基站通信負(fù)載卻處于高峰狀態(tài)，若此時市電突然停供，儲能將沒有足夠的剩余容量向基站進(jìn)行緊急供電，從而影響基站的通信服務(wù)質(zhì)量。

　　4.2.4 基站儲能參與協(xié)同調(diào)度收益分析

　　一個調(diào)度周期內(nèi)基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度的收益如圖 10 所示。

　　由圖 10 可知，本文提出的儲能充放電策略在一個 調(diào) 度 周 期 內(nèi) 可 獲 得 的 儲 能 低 儲 高 放 收 益 為 1 287.21 元，與不計及通信負(fù)載狀態(tài)的儲能調(diào)控策略相比收益相對低一些，但是其基站的備電可靠程度得到提高。

　　5 結(jié)論

　　本文以盤活通信基站閑置儲能資源為初衷，提出考慮基站通信負(fù)載差異性與互補性的基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)控策略，該策略針對 5G 基站儲能的特殊性，計及通信負(fù)載實時變化對基站備電需求的影響，可減少基站儲能參與協(xié)同調(diào)度對其自身備電可靠程度的影響。通過算例分析驗證了模型的有效性及合理性，并得到以下結(jié)論：

　　1)通過基站儲能云調(diào)控平臺將大量且分散的 5G 基站儲能聚合以參與電網(wǎng)協(xié)同互動，可切實達(dá)到輔助電網(wǎng)平抑峰谷差、削峰填谷的效果，本文所提策略使區(qū)域峰谷差減少 34.67%。

　　2)將基站儲能可調(diào)控潛力與基站通信負(fù)載狀態(tài)相關(guān)聯(lián)進(jìn)而制定儲能調(diào)控策略，可避免通信負(fù)載高峰時儲能剩余備電容量過低的情況出現(xiàn)，并可利用不同區(qū)域通信負(fù)載變化的互補性，使集中后的基站儲能可調(diào)度潛力不會在某個時段過低或過高。

　　3)基站儲能參與電網(wǎng)協(xié)同互動可在平抑電網(wǎng)峰谷差的同時通過儲能的低儲高放獲得收益，本文所提策略在一個調(diào)度周期內(nèi)可獲得的儲能低儲高放收益 1 287.21 元，在一定程度上減少了基站運營成本，實現(xiàn)電網(wǎng)與通信運營商的互利共贏。