一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法，包括以下步骤：步骤1、建立电力系统发电机、节点、支路的碳流模型，计算电力系统碳排放流；步骤2、基于步骤1的电力系统碳排放流的计算结果，建立电力系统碳流追踪模型，进而求解电力系统负荷碳排放、支路碳排放的来源。本发明专利技术能够有效解决传统的基于复功率潮流追踪的碳流追踪方法由于复功率运算导致出现负碳排放的问题，相比之下更加贴合实际情况，碳排放的追踪更加准确。碳排放的追踪更加准确。碳排放的追踪更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法


[0001]本专利技术属于电力系统低碳优化
，涉及一种电力系统碳流追踪方法，尤其是一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法。

技术介绍

[0002]随着气候变化和温室效应加剧问题日益被关注，减少化石能源消耗，降低二氧化碳排放量已成为各国各行业的共同目标。
[0003]电力系统的碳排放主要是由发电环节消耗化石能源发电产生，因此传统的电力系统低碳优化大多聚焦于源端碳排放，对这种“看得见的”碳排放进行核算。然而，这类研究将电力系统碳排放全部归因于发电侧，对于发电侧牺牲当地生态环境为用户提供电能又要承担全部碳排放责任来说是不公平的。
[0004]针对这一问题，有研究考虑到电力系统的网络结构和传输特性，利用碳流追踪技术计算消费侧电力用户的碳排放责任。有研究提出了一种基于复功率潮流追踪的碳流追踪模型，求解用户侧电力负荷以及电网线路的潮流来源，将追踪结果乘以对应机组的碳排放强度得到碳流追踪结果。然而，该方法是将潮流追踪结果转化为碳流追踪结果，由于存在复功率运算，导致碳流追踪结果中可能出现负碳排放，缺乏实际意义。还有研究将碳排放视为虚拟的碳流，随着电力系统潮流从源端流向负荷，虽然可以计算出源网荷各侧碳排放，但没有考虑碳排放的来源情况。
[0005]针对上述有关电力系统低碳优化的研究中，碳流追踪方法的缺陷，本专利技术提出了一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种能够精准、合理对电力系统负荷和支路碳排放进行追踪的电力系统碳流追踪方法。
[0007]本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
[0008]一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、建立电力系统发电机、节点、支路的碳流模型，计算电力系统碳排放流；
[0010]步骤2、基于步骤1的电力系统碳排放流的计算结果，建立电力系统碳流追踪模型，进而求解电力系统负荷碳排放、支路碳排放的来源。
[0011]而且，所述步骤1的具体步骤包括：
[0012](1)建立电力系统发电机、节点、支路的碳流模型；
[0013](2)进行电力系统碳排放流计算。
[0014]而且，所述步骤1第(1)步的具体步骤包括：
[0015]①
建立电力系统发电机组的碳排放流模型
[0016]对于N个节点的电力系统，其节点n上的发电机碳势如下所示：
[0017][0018]式中，为发电机机组碳势；为发电机单位时间单位有功功率对应的碳排放量；为发电机有功功率。
[0019]②
建立电力系统节点的碳排放流模型
[0020]节点碳排放流模型以节点碳势为指标，表征了单位时间在该节点消耗单位有功功率对应的碳排放量。对于N个节点，L条支路的电力系统，其节点n 上的发电机碳势如下所示：
[0021][0022]其中，ρ
m
,ρ
n
分别为节点m和节点n的节点碳势(m,n＝1,2,
…
,N)；Ω
n
为向节点n注入潮流的节点集合；P
mn
为节点m向节点n注入的有功潮流，且方向为潮流从节点m流向节点n；为节点n处的发电机向节点n注入的有功功率。
[0023]在式(2)基础上，可以得到从节点n流出的所有支路的碳流密度。对于所有从节点n流出的支路，其支路碳流密度都与节点n的节点碳势相等。
[0024]②
建立电力系统支路的碳排放流模型
[0025]支路碳排放流模型以支路碳流率为指标，表征了支路单位时间传输的有功功率对应的碳排放量。对于N个节点的电力系统，其支路i
‑
j上的支路碳流密度如下所示：
[0026]R
mn
＝ρ
m
P
mn
+ρ
m
P
lLoss (3)
[0027]式中，R
mn
为支路碳流率；P
lLoss
为支路的有功网损。
[0028]而且，所述步骤1第(2)步的具体步骤包括：
[0029]采用电力系统碳排放流的递推算法，逐次遍历电力系统的节点与支路，知道所有的支路被计算出，具体步骤如下：
[0030]①
由式(1)计算所有发电机碳势
[0031]②
计算支路ij的碳流密度
[0032]遍历电力系统的所有支路，判断其支路的流出节点的节点碳势是否已知，若节点碳势已知，则由式(3)计算出其支路碳流率；反之，则遍历下一个节点。显然，在第一轮遍历中，只有与发电机相连的支路的碳流密度可以计算，因为其发电机机组碳势已知。
[0033]③
计算节点n的节点碳势
[0034]遍历电力系统的所有节点，判断所有向该节点注入潮流的支路的碳流率是否已知，若均已知，则由式(2)计算该节点的节点碳势，若不满足判断调节，则遍历下一个节点
[0035]④
判断是否所有节点的节点碳势均被计算出，若所有节点的碳势均被计算出，则碳排放流计算完成；反之，则返回步骤
②
继续遍历计算。
[0036]而且，所述步骤2的具体步骤包括：
[0037](1)进行无损化处理；
[0038](2)构建电力系统碳流追踪模型；
[0039](3)进行电力系统碳流追踪计算。
[0040]而且，所述步骤2第(1)步的具体步骤包括：
[0041]在无损化处理前，由网损导致的碳排放为ΔR
mn
。在无损化处理后，新增了一个节点，其节点负荷对应的碳排放如式(4)所示：
[0042][0043]式中，(l＝1,2,
…
,L)为无损化处理新增节点的负荷碳排放。新增节点后，支路m
‑
l和支路l
‑
n均没有网损碳排放。
[0044]而且，所述步骤2第(2)步的具体步骤包括：
[0045]定义节点i的注入碳流率R
i
如式(5)所示：
[0046][0047]式中，R
ji
(j,i＝1,
…
,N,N+1,
…
,N+L)为支路ji的支路碳流率，方向从j流向i；为节点i处的发电机向节点i注入的碳流率，其计算方式如式6所示：
[0048][0049]式中，P
iG
为节点i处的发电机向节点i注入的有功功率；为节点i处发电机的机组碳势。
[0050]对式(5)进行改写，得到式(7)所示的数学关系：
[0051][0052]引入矩阵H来计量节点注入碳流与发电机注入碳流的关系，H的矩阵元素H
ij
满足式(8)所示关系：
[0053][0054]利用矩阵H可以将式(7)表示为式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立电力系统发电机、节点、支路的碳流模型，计算电力系统碳排放流；步骤2、基于步骤1的电力系统碳排放流的计算结果，建立电力系统碳流追踪模型，进而求解电力系统负荷碳排放、支路碳排放的来源。2.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：(1)建立电力系统发电机、节点、支路的碳流模型；(2)进行电力系统碳排放流计算。3.根据权利要求2所述的一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法，其特征在于：所述步骤1第(1)步的具体步骤包括：
①
建立电力系统发电机组的碳排放流模型对于N个节点的电力系统，其节点n上的发电机碳势如下所示：式中，为发电机机组碳势；为发电机单位时间单位有功功率对应的碳排放量；为发电机有功功率；
②
建立电力系统节点的碳排放流模型节点碳排放流模型以节点碳势为指标，表征了单位时间在该节点消耗单位有功功率对应的碳排放量；对于N个节点，L条支路的电力系统，其节点n上的发电机碳势如下所示：其中，ρ
m
,ρ
n
分别为节点m和节点n的节点碳势(m,n＝1,2,
…
,N)；Ω
n
为向节点n注入潮流的节点集合；P
mn
为节点m向节点n注入的有功潮流，且方向为潮流从节点m流向节点n；为节点n处的发电机向节点n注入的有功功率；在式(2)基础上，可以得到从节点n流出的所有支路的碳流密度；对于所有从节点n流出的支路，其支路碳流密度都与节点n的节点碳势相等；
②
建立电力系统支路的碳排放流模型支路碳排放流模型以支路碳流率为指标，表征了支路单位时间传输的有功功率对应的碳排放量；对于N个节点的电力系统，其支路i
‑
j上的支路碳流密度如下所示：R
mn
＝ρ
m
P
mn
+ρ
m
P
lLoss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，R
mn
为支路碳流率；P
lLoss
为支路的有功网损。4.根据权利要求2所述的一种基于碳排放流理论的电力系统碳流追踪方法，其特征在于：所述步骤1第(2)步的具体步骤包括：采用电力系统碳排放流的递推算法，逐次遍历电力系统的节点与支路，知道所有的支路被计算出，具体步骤如下：
①
由式(1)计算所有发电机碳势
②
计算支路ij的碳流密度遍历电力系统的所有支路，判断其支路的流出节点的节点碳势是否已知，若节点碳势已知，则由式(3)计算出其支路碳流率；反之，则遍历下一个节点；显然，在第一轮遍历中，只有与发电机相连的支路的碳流密度可以计算，因为其发电机机组碳势已知；
③
计算节点n的节点碳势遍历电力系统的所有节点，判断所有向该节点注入潮流的支路的碳流率是否已知，若均已知，则由式(2)计算该节点的节点碳势，若不满足判断调节，则遍历下一个节点
④
判断是否所有节点的节点碳势均被计算出，若所有节点的碳势均被计算出，则碳排放流计算完成；反之，则返回步骤
②
继续遍历计算。5.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流理论的电力系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：崇志强，宋红宇，陈培育，李振斌，马世乾，朱杰，于光耀，郑骁麟，尚学军，贺春，陈亮，姚程，霍现旭，鄂志君，杨邦宇，郑卫洪，左磊，王峥，刘亚丽，刘云，李树鹏，王天昊，黄家凯，郑旭锦，孙继友，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：