中國儲能網(wǎng)訊：
01.研究背景
調(diào)節(jié)容量不足已經(jīng)成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)中面臨的突出問題，亟待挖掘需求側(cè)靈活資源作為新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重要補(bǔ)充。截至2023年6月底，我國5G基站累計達(dá)到293.7萬個，其內(nèi)部不間斷電源（UPS）和溫控系統(tǒng)（TCS）的可調(diào)節(jié)潛力巨大，可為電力系統(tǒng)提供一定的靈活性。但由于基站UPS和TCS數(shù)量多且分布廣，導(dǎo)致電網(wǎng)無法對其進(jìn)行精準(zhǔn)、有效的調(diào)控，虛擬電廠（VPP）為5G基站參與電力系統(tǒng)調(diào)控提供了解決方案。為此，本文聚焦于UPS和TCS的可調(diào)節(jié)潛力，提出了面向5G基站的VPP規(guī)模化動態(tài)構(gòu)建方法，可對此類靈活性資源進(jìn)行可行域的刻畫。同時進(jìn)行算例仿真驗證，并以中國上海5G宏基站進(jìn)行響應(yīng)實證。
02.研究內(nèi)容
5G基站的UPS與常規(guī)儲能系統(tǒng)容量對比如圖1所示。為保證通信系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，在通信負(fù)載高的時段，5G基站的UPS備用容量需保持較高水平，此時VPP的可調(diào)度容量變低；在通信負(fù)載較低的時段，基站對UPS備用容量需求很低，可調(diào)度容量變高，此時VPP可聚合的容量便會增加，本文根據(jù)UPS此特性進(jìn)行聚合。
圖1 UPS與常規(guī)儲能的可用容量和不可用容量對比
由于分布式資源是異質(zhì)的，具有不同的狀態(tài)方程和關(guān)鍵參數(shù)。因此，為了表述資源的可行域范圍，需根據(jù)其技術(shù)特性轉(zhuǎn)換成通用的外特性約束形式。以UPS為例，其緊湊形式可由式（1）表示，TCS也可類比UPS模型轉(zhuǎn)化成緊湊形式。
式中：Pin為儲能系統(tǒng)的輸入電能；Pout為儲能系統(tǒng)的輸出電能；Ai和bi為系數(shù)矩陣。
在本文中，每個基站的資源模型都可以視為高維空間的一個多面體，其規(guī)?；酆峡梢砸暈閷Χ鄠€多面體求閔可夫斯基和的問題。由閔可夫斯基和的基本原理可知，將所有分布式能源的可行域?qū)?yīng)高維凸多面體的頂點排列組合后并對應(yīng)相加，得到新的頂點集的凸包則可以用來表示VPP的可行域。當(dāng)時段耦合較多時，矩陣維數(shù)將變高，其頂點數(shù)量將呈指數(shù)級增長，高維凸多面體的頂點集獲取難度較大導(dǎo)致求解困難，故需要找到多項式時間復(fù)雜度的近似算法。
閔可夫斯基和近似求解法相比于精確求解法更容易得到結(jié)果，缺點是存在一定誤差。本文以兩個多面體的閔可夫斯基和的外近似法為例，來說明可行域近似的偏差問題。如圖2所示，外近似求解法相較于精確求解法所得多面體體積更大，即可行域存在一定偏差。
圖2 基于兩個四面體的聚合可行域示意
本文所提聚合方法將海量5G基站中的UPS進(jìn)行同類聚合，然后再將TCS進(jìn)行同類聚合，形成基于不同資源特性的多面體，最后將UPS集群和TCS集群的可行域ΩUPS和ΩTCS進(jìn)行整體聚合，得到基于5G基站的VPP運(yùn)行可行域 Ω5G，可表示為：
而傳統(tǒng)聚合方法是對5G基站進(jìn)行獨立刻畫，優(yōu)點是其獨立響應(yīng)特性具有更強(qiáng)的可觀性，缺點是規(guī)?；喉憫?yīng)與真實可行域偏差較大，影響VPP的響應(yīng)精度和市場收益。獨立刻畫方法是將單個5G基站的UPS和TCS進(jìn)行統(tǒng)一刻畫，在此基礎(chǔ)上對多個基站的可行域進(jìn)行聚合求解，得到VPP的整體可行域，可表示為：
事實上，由于近似算法引入的誤差受到聚合順序的影響，在近似算法下，閔可夫斯基和原本成立的交換律與結(jié)合律不再成立，上式中，前者給出的是一種誤差更小的聚合順序。此外，由一組同質(zhì)分布式資源組成的集群也具有與單個分布式資源類似的技術(shù)約束。因此，從理論上采用基于資源特性聚類方法進(jìn)行5G基站的聚合相比于傳統(tǒng)的基于基站個體特性的聚合方法具有一定優(yōu)勢。
03.算例分析
本文采用閔可夫斯基和的近似解與精確解的多面體各面之間的最短歐氏距離平均值來證明所提方法的優(yōu)越性。n維空間上平均歐氏距離的計算方法由下式給出：
因此，將所提技術(shù)模型應(yīng)用于中國上海市VPP的需求響應(yīng)實證，選取崇明和嘉定總共10個5G基站進(jìn)行測試。如圖3所示，VPP在12：45發(fā)布響應(yīng)指令后，10個基站根據(jù)各自運(yùn)行情況進(jìn)行響應(yīng)。以崇明基站1為例，接受調(diào)控指令后，基站運(yùn)行功率從3.46 kW降至0，而在14：00完成削峰作業(yè)后，基站運(yùn)行功率恢復(fù)到5.06 kW。崇明基站3由于通信基站負(fù)載率較高，設(shè)備溫度調(diào)節(jié)有限，接受指令后，運(yùn)行功率由4.44 kW降至1 kW左右進(jìn)行削峰響應(yīng)，14：00完成作業(yè)后恢復(fù)運(yùn)行功率。
圖3 上海崇明與嘉定10個基站響應(yīng)功率
另外，本研究選取了上海9 400個鐵塔基站驗證規(guī)?；憫?yīng)資源的動態(tài)聚合與響應(yīng)成效，其結(jié)果如圖4所示。在需求響應(yīng)日，VPP基于所提方法進(jìn)行可調(diào)邊界估計，獲取可響應(yīng)容量16 MW。各基站于響應(yīng)日13：00開始響應(yīng)VPP的調(diào)控指令，到14：00響應(yīng)結(jié)束，最大響應(yīng)功率17.12 MW，VPP共響應(yīng)電量108.51 MW·h。其中，選取需求響應(yīng)前3日的數(shù)據(jù)作為基線功率，全響應(yīng)時段每5 min進(jìn)行一次響應(yīng)率核算，指標(biāo)顯示完成率最低為96.4%，精準(zhǔn)完成削峰指令，充分說明本文所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模5G資源的動態(tài)構(gòu)建與聚合響應(yīng)。
圖4 上海9 400個基站響應(yīng)功率
