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01.研究背景
調節(jié)容量不足已經(jīng)成為新型電力系統(tǒng)建設中面臨的突出問題，亟待挖掘需求側靈活資源作為新型電力系統(tǒng)調節(jié)能力的重要補充。截至2023年6月底，我國5G基站累計達到293.7萬個，其內部不間斷電源（UPS）和溫控系統(tǒng)（TCS）的可調節(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，導致電網(wǎng)無法對其進行精準、有效的調控，虛擬電廠（VPP）為5G基站參與電力系統(tǒng)調控提供了解決方案。為此，本文聚焦于UPS和TCS的可調節(jié)潛力，提出了面向5G基站的VPP規(guī)模化動態(tài)構建方法，可對此類靈活性資源進行可行域的刻畫。同時進行算例仿真驗證，并以中國上海5G宏基站進行響應實證。
02.研究內容
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)的不間斷運行，在通信負載高的時段，5G基站的UPS備用容量需保持較高水平，此時VPP的可調度容量變低；在通信負載較低的時段，基站對UPS備用容量需求很低，可調度容量變高，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的，具有不同的狀態(tài)方程和關鍵參數(shù)。因此，為了表述資源的可行域范圍，需根據(jù)其技術特性轉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對應高維凸多面體的頂點排列組合后并對應相加，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致求解困難，故需要找到多項式時間復雜度的近似算法。
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進行同類聚合，然后再將TCS進行同類聚合，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進行整體聚合，得到基于5G基站的VPP運行可行域 Ω5G，可表示為：
而傳統(tǒng)聚合方法是對5G基站進行獨立刻畫，優(yōu)點是其獨立響應特性具有更強的可觀性，缺點是規(guī)模化集群響應與真實可行域偏差較大，影響VPP的響應精度和市場收益。獨立刻畫方法是將單個5G基站的UPS和TCS進行統(tǒng)一刻畫，在此基礎上對多個基站的可行域進行聚合求解，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約束。因此，從理論上采用基于資源特性聚類方法進行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，將所提技術模型應用于中國上海市VPP的需求響應實證，選取崇明和嘉定總共10個5G基站進行測試。如圖3所示，VPP在12：45發(fā)布響應指令后，10個基站根據(jù)各自運行情況進行響應。以崇明基站1為例，接受調控指令后，基站運行功率從3.46 kW降至0，而在14：00完成削峰作業(yè)后，基站運行功率恢復到5.06 kW。崇明基站3由于通信基站負載率較高，設備溫度調節(jié)有限，接受指令后，運行功率由4.44 kW降至1 kW左右進行削峰響應，14：00完成作業(yè)后恢復運行功率。
圖3 上海崇明與嘉定10個基站響應功率
另外，本研究選取了上海9 400個鐵塔基站驗證規(guī)?；憫Y源的動態(tài)聚合與響應成效，其結果如圖4所示。在需求響應日，VPP基于所提方法進行可調邊界估計，獲取可響應容量16 MW。各基站于響應日13：00開始響應VPP的調控指令，到14：00響應結束，最大響應功率17.12 MW，VPP共響應電量108.51 MW·h。其中，選取需求響應前3日的數(shù)據(jù)作為基線功率，全響應時段每5 min進行一次響應率核算，指標顯示完成率最低為96.4%，精準完成削峰指令，充分說明本文所提方法能夠實現(xiàn)大規(guī)模5G資源的動態(tài)構建與聚合響應。
圖4 上海9 400個基站響應功率
