摘要：可调节负荷的应用受到通信网络覆盖、带宽、通信时延等方面的制约。第五代通信技术(5G)在连接数量、连接速率、时延等方面有巨大优势，其建设已广泛开展，5G技术给可调节负荷的深化应用带来了重大影响。
关键词：可调节负荷；5G；电网；需求响应
引言
近年来，我国风电装机容量迅速提高。由于外送通道狭窄，大规模新能源基地弃风问题严重。为消纳风电，常规机组压出力运行导致系统运行成本大幅升高。利用高载能企业、电动汽车、蓄热电锅炉等大容量负荷的可调节特性，形成源荷互动调峰模式，是提高电网风电消纳电量、降低系统运行成本的可行途径。
1概述
5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。根据移动通信的发展规律,5G将具有超高的频谱利用率和能效,在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高,其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高.5G移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合,构成新一代无所不在的移动信息网络,满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求。5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩展,对海量传感设备及机器与机器(M2M)通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。未来5G系统还须具备充分的灵活性,具有网络自感知、自调整等智能化能力,以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。
2可调节负荷5G应用场景分析
需求响应是可调节负荷最典型的应用场景，为了最大程度发挥可调节负荷的作用，需求响应业务对通信网络有时延、带宽、连接数量等方面的要求。在非执行需求响应期间，用户用电负荷的采集周期不大于15min，在执行需求响应期间，约定需求响应采集周期不大于1min，实时需求响应采集周期不大于30s，有些需要精准切负荷的场合甚至要求采集周期在毫秒级水平。在业务开展的过程中对实时响应能力进行分析，对实时响应过程进行监测，这就要求用能设备、需求响应终端、需求响应聚合系统/服务系统、云平台之间的信息交互达到一定的连接速率和实时性，高数据传输速率和低时延利于需求响应业务的开展。同时，未来可参与互动的设备预计将超过500亿台，这对通信网络的连接密度提出很高的要求。5G技术的推广应用为上述场景提供了解决方案。5G技术与4G相比，在速率、时延、连接数3方面有巨大改善，5G提出了3个核心应用场景：增强移动宽带（enhancedmobilebroadband，eMBB）、超高可靠低时延通信（ultra?reliableandlowlatencycom?munications，uRLLC）和海量机器通信（massivema?chinetypeofcommunication，mMTC）。eMMB主要带来的是移动连接速率的大幅改善，峰值速率从1Gbps提升到10Gbps～20Gbps，用户体验速率从10Mbps提升到100Mbps～1Gbps，在保证广覆盖和移动性的前提下为用户提供更快的数据传输速率，频谱效率提升3—5倍，降低了运营商提供流量的单位成本；uRLLC主要面向对网络时延和可靠性有着特殊要求的应用场景，如精准工业控制、无人驾驶等，在5G的技术标准下，用户层面的时延要控制在1ms之内，这样才能满足特殊场景作业的需求。
35G移动通信若干关键技术
3.1大规模MIMO技术
多天线技术作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段,已经应用于多种无线通信系统,如3G系统、LTE、LTE-A、WLAN等.根据信息论,天线数量越多,频谱效率和可靠性提升越明显.尤其是,当发射天线和接收天线数量很大时,MIMO信道容量将随收发天线数中的最小值近似线性增长.因此,采用大数量的天线,为大幅度提高系统的容量提供了一个有效的途径.由于多天线所占空间、实现复杂度等技术条件的限制,目前的无线通信系统中,收发端配置的天线数量都不多,比如在LTE系统中最多采用了4根天线,LTE-A系统中最多采用了8根天线[4].但由于其巨大的容量和可靠性增益,针对大天线数的MIMO系统相关技术的研究吸引了研究人员的关注,如单个小区情况下,基站配有大大超过移动台天线数量的天线的多用户MIMO系统的研究等[5].进而,2010年,贝尔实验室的Marzetta研究了多小区、TDD(timedivisionduplexing)情况下,各基站配置无限数量天线的极端情况的多用户MIMO技术,提出了大规模MIMO(largescaleMIMO,或者称MassiveMIMO)的概念,发现了一些与单小区、有限数量天线时的不同特征。之后,众多的研究人员在此基础上研究了基站配置有限天线数量的情况。在大规模MIMO中,基站配置数量非常大(通常几十到几百根,是现有系统天线数量的1～2个数量级以上)的天线,在同一个时频资源上同时服务若干个用户。在天线的配置方式上,这些天线可以是集中地配置在一个基站上,形成集中式的大规模MIMO,也可以是分布式地配置在多个节点上,形成分布式的大规模MIMO。值得一提的是,我国学者在分布式MIMO的研究一直走在国际的前列。
3.2全双工技术
全双工通信技术指同时、同频进行双向通信的技术.由于在无线通信系统中,网络侧和终端侧存在固有的发射信号对接收信号的自干扰,现有的无线通信系统中,由于技术条件的限制,不能实现同时同频的双向通信,双向链路都是通过时间或频率进行区分的,对应于TDD和FDD方式.由于不能进行同时、同频双向通信,理论上浪费了一半的无线资源(频率和时间)。
4需求响应业务中可调节负荷潜力分析
4.1商业综合体
对于大型商业综合体，主要的耗能和可调节设备为空调系统和照明系统，空调系统中包括了中央空调系统、分散式空调以及变制冷剂流量多联式（variablerefrigerantvolume，VRV）空调，典型商业综合体中空调系统的负荷占比达到50%，照明系统为20%，两者的可调节潜力累计达到28%，商业综合体的楼宇密集程度高，区域按A+等级供电，每平方千米楼宇面积为500万m2，假设有25栋办公楼，含建筑冷站10个，每栋楼有400个房间，空调末端（包括空调主机、泵、风机）30000个，灯具10万个，那么需要接入的可调节负荷设备数量将达到13万个，5G通信网络每平方千米100万台的终端接入密度将很好的满足这个需求。
4.2居民用户
无论是南方居民还是北方居民，最常见的可调节负荷是空调、热水器、照明设备、电冰箱等，前两项设备的用电负荷占比达到50%和20%，北方居民往往还有电采暖设备，冬季用电负荷达到40%。
当进行直控方式时，个体的可调节潜力可达50%，准备时间从分钟级到毫秒级，和商业楼宇一样，在一定规模的接入密度下，可以利用5G通信网络高可靠低时延的特点，对居民用户的设备进行精准控制。
结语
在面对工、商、居民等等海量可调节设备及高精准度的控制需求时，5G通信技术的三大应用场景可以提供最可靠有力的支撑，在整个物理架构中负责端-边，以及边-云的通信。在可调节负荷参与需求响应的过程中，5G通信网络提供了打破各类设备、系统、平台之间通信壁垒的方案，同时，5G通信网络很好的满足了需求响应业务中可靠性、连接密度和实时性的要求。
参考文献
［1］田浩.基于可调节负荷参与的源荷互动调峰多目标优化方法［D］.北京：华北电力大学，2018.
［2］陈宋宋，李德智.中美需求响应发展状态比较及分析［J］.电力需求侧管理，2019，21（3）：73-76，80.
［3］刘振亚,胡学浩,等.智能电网技术[M].中国电力出版社.