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申请/专利权人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院;国家电网有限公司;西安理工大学

摘要：一种5G在配电网改造过程中的经济性评价方法，建立求解5G基站在配电网安装数量的计算指标；然后构建第一目标函数，通过自适应粒子群算法对该目标函数进行优化求解，从而获得5G基站的最小安装数量n，再将n设定为K‑means聚类算法的K值，通过K‑means聚类算法进行聚类，将n个聚类中心设为基站安装位置；进一步，依据聚类中心数量建立5G配电网改造成本计算指标，并建立第二目标函数，从而获得建设成本与收益；最后，建立5G配电网改造经济性评价的计算指标，并根据计算指标构建第三目标函数，通过自适应粒子群优化算法，计算第三目标函数的适应度值；通过第三目标函数的适应度值实现5G在配电网改造过程中的经济性评价。

主权项：1.一种5G在配电网改造过程中的经济性评价方法，其特征在于，所述方法步骤如下：1求解在配电网中最优5G基站安装个数：将单个5G基站覆盖半径设置为r5g米，建立用于求解5G基站安装个数的第一目标函数，根据5G基站安装个数的第一目标函数和约束条件，通过APSO自适应粒子群算法进行优化求解，获得最优的基站个数n；求解5G基站安装个数的第一目标函数需考虑三部分指标，分别为：5G安装覆盖范围；5G容量指标，其中5G容量指标包括带宽冗余度、终端接入冗余度；初期建设成本；其对应计算公式分别为：5G安装覆盖范围计算式如下：S5g＝πr5g2×n5g-a×n5g+b其中S5g表示所有5G基站的覆盖范围；r5g表示单个5G基站覆盖半径；n5g为5G基站的安装个数的取值范围；a×n5g+b为5G基站安装个数和5G基站安装过程中产生的信号覆盖重叠面积线性拟合函数；a为拟合方程覆盖重叠面积与5G基站的安装个数的取值范围n5g的比例系数，b为拟合方程覆盖重叠面积的调整系数，a,b均为常数；5G容量指标：带宽冗余度计算式如下： 其中ηb代表带宽冗余度，buser表示电力业务的数据量，B5G代表5G通信方式的带宽；终端接入冗余度计算式如下： ηdevice表示终端接入冗余度，ndevice表示配电网实际接入配电通信网的终端数量，N5G代表5G通信所能允许的最大同时接入终端数量；5G基站初期建设成本计算式如下：CStruction＝c5g×n5g+cstate×nstate+ctower×ntowerCStruction代表基站建设的初期成本，nstate代表机房数量，cstate代表机房建设成本，ctower代表用于挂设5G有源天线处理单元AAU设备的通信杆塔的成本，ntower代表需要建设杆塔的数量，c5g代表5G通信设备的费用，n5g代表5G设备的所需数量；求解5G基站安装个数的第一目标函数f5G_num计算式如下：f5G_mum＝ω1S5g+ω2ηb+ηdevice+ω3ccost其中：f5G_num为5G基站安装个数的第一目标函数，ω1为5G安装覆盖范围指标所对应的权重；ω2为5G容量指标所对应的权重；ω3为5G初期建设指标所对应的权重，ccost为5G基站的改造成本；求解5G基站安装个数的第一目标函数的约束条件如下：S5g≥SDNηb＜0.9ηdevice＜1其中SDN表示配电网的面积；得到求解5G基站最优个数的第一目标函数后，通过自适应粒子群算法进行优化求解，得到5G基站的最优个数n；2计算配电网5G改造的成本：5G在配电网改造中的成本由三部分构成：初期建设成本、后期运维成本和5G改造后的收益；其中，后期运维成本包括：通信切片租赁成本、巡检设备维护费用，根据初期建设成本、后期运维成本和5G改造后的收益构建的第二目标函数，利用自适应粒子群算法对第二目标函数进行优化，并得到配电网5G基站的改造成本ccost；通信切片租赁成本计算式如下：crent＝cembb+cmmtc+curllc×trent其中，crent代表通信切片租赁成本；cembb为增强移动带宽切片的租赁成本；cmmtc为海量机器类通信切片的租赁成本；curllc为超高可靠超低延时通信切片的租赁成本；trent为租赁时长；巡检设备维护费用计算式如下：cinspection＝CStruction×λ其中，cinspection为巡检维护费用；CStruction为初期建设成本；λ为维护费用与初期建设成本之间的比例系数；由此，后期运维成本计算式如下：cmaintain＝crent+cinspection式中，cmaintain为5G基站的后期运维成本，crent代表通信切片租赁成本，cinspection为巡检维护费用；5G改造后的收益由共享杆塔的外租费用Erent和基站蓄电池组参与需求响应所获得的收益EBattery组成，其中，共享杆塔的外租费用Erent计算式如下：Erent＝eshare×nshare×tshareErent为共享杆塔的外租费用；eshare为单个杆塔外租的费用；nshare为可以外租的杆塔个数；tshare为租借时长；基站蓄电池组参与需求响应所获得的收益EBattery的计算式如下：EBattery＝nBattery×nresponse×eresponseEBattery为基站蓄电池组参与需求响应所获得的收益；nBattery为可以参与需求响应的蓄电池组个数；nresponse为蓄电池组可以参与需求响应的次数；eresponse为单个蓄电池组参与一次需求响应所获得的收益；5G改造后的收益计算式如下：Eincome＝Erent+EBattery式中，Eincome为5G基站后期运行收益，Erent为共享杆塔的外租费用，EBattery为基站蓄电池组参与需求响应所获得的收益；因此，计算配电网5G改造的成本，具体计算式如下：Ccost＝CStruction+cmaintain-Eincome由此，将配电网5G改造的成本Ccost作为第二目标函数；3建立5G在配电网改造过程的经济性评价方法：该经济性评价方法由可靠性指标、技术性指标与经济性指标构成；其中，可靠性指标包括数据损失率指标和信噪比指标；技术性指标包括电力业务带宽满足率指标、电力业务时延满足率指标、终端接入冗余率指标和带宽冗余率指标；经济性采用指标效益费用比率进行表示，利用可靠性指标、技术性指标和经济性指标构造第三目标函数，最后使用自适应粒子群算法进行优化，如果自适应粒子群算法约束条件不满足，则返回步骤1，否则得到第三目标函数最终的适应度值，该适应度值数值越大，表示配电网5G改造的经济性评价越好，5G改造越有优势；数据损失率指标计算式如下： 其中，Dloss为数据损失率；dloss为数据传输中损失掉的数据量；Ndata为通过5G通信方式传输的总的数据量；信噪比指标计算式如下： 其中，ηp为信噪比；Pnoise为传输过程中噪声的功率；PDATA为传输数据的功率；由此，得到可靠性评价指标，计算式如下：ηreliable＝ηp+Dloss式中，ηreliable为可靠性评价指标，ηp为信噪比，Dloss为数据损失率；电力业务带宽满足率指标计算式如下： 其中，ηwide为电力业务带宽满足率；nwidemeet为5G通信方式可以满足带宽业务的终端数目；Ndevice为接入配电通信网的终端设备数量；电力业务时延满足率指标： 其中，ηrelay为电力业务时延满足率；nrelay为5G通信方式可以满足时延业务的终端数目；Ndevice为接入配电通信网的终端设备数量；终端接入冗余率指标计算式如下： 其中，ηdevice表示终端接入冗余度；ndevice表示配电网实际接入配电通信网的终端数量；N5G代表5G通信所能允许的最大同时接入终端数量；带宽冗余率指标计算式如下： 其中，ηb代表带宽冗余度；buser表示电力业务的数据量；B5G代表5G通信方式的带宽；由此，得到技术性指标ηtechnology，计算式如下：ηtechnology＝ηwide+ηrelay+ηdevice+ηb采用效益费用比率作为经济性指标，计算式如下： 其中，ηcost为经济性指标，Eearning为配电网进行5G改造后一定时间内所带来的收益；Ccost代表5G改造的初期投资成本；由此，建立第三目标函数f_ecom，计算式如下：f_ecom＝ηtechnology+ηcost-ηreliable式中，f_ecom为用于评价5G在配电网中应用得到经济性评价目标函数，ηtechnology为技术性指标，ηcost为经济性指标，ηreliable为可靠性评价指标；对第三目标函数所采用的自适应粒子群算法的约束条件为：ηb＜0.9；ηdevice＜1；ηrelay＞0.9；ηwide＞0.9；Dloss＜0.001。

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