一种配电网碳排放流预测方法技术

本发明专利技术属于配电网技术领域，尤其涉及一种配电网碳排放流预测方法，更具体的是一种基于图卷积网络的配电网碳排放流预测方法。相较于原有的碳排放流计算方法，本发明专利技术通过图卷积神经网络对配电网的拓扑结构进行建模，根据配电网潮流计算完成的结果作为图卷积模型的输入，根据图拓扑模型实现相邻节点的信息共享，完成对某节点的排放流的预测，大大提升了计算的速度；其次，对于接入分布式微网的配电网结构，本发明专利技术提出了一种考虑分布式微网的碳排放流计算方法，通过潮流交替迭代计算，得出连接节点的电压幅值和相角，建立微网的潮流分布矩阵，实现发电机组碳流向各节点的分摊，得出微网中每个节点的碳排放强度。每个节点的碳排放强度。每个节点的碳排放强度。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网碳排放流预测方法


[0001]本专利技术属于配电网
，尤其涉及一种配电网碳排放流预测方法，更具体的是一种基于图卷积网络的配电网碳排放流预测方法。

技术介绍

[0002]在电力行业，传统的碳排放量计算采用宏观统计法，通过能源消耗量的统计数据进行统计计算。虽然方法具有简单实用性，但是碳排放的流向无法获得，从而电力系统碳排放的特点也无法被深度挖掘，进而不能够为电力行业节能减排提供更多数据支撑。
[0003]随着专家学者对电力系统中的碳排放特点的研究越来越深入，碳流分析法应运而生。碳流分析法其通常与潮流分析相融合，并结合节点碳势、碳流率、排放强度等相关参数对碳排放具体流向进行确跟踪和定位，深度挖掘电力系统碳排放的特点，从而在精准获取系统的总体碳排放的情况下，可进一步将发电厂的排放公平分摊到各节点负荷，实现了电力系统碳流分析理论的巨大发展和进步。
[0004]文献《电力系统碳排放流分析理论初探》结合网络分析技术，提出一种依附于潮流而存在的虚拟网络流的思想，给出了有关碳排放计算的关键指标和概念以及碳流分析理论的基本体系和框架。
[0005]文献《电力系统碳排放流的基本计算方法初探》、《碳排放流在电力网络中分布的特性与机理分析》于文献《电力系统碳排放流分析理论初探》碳排放流的概念，进一步挖掘有功潮流分布及节点碳势的联系，提出无损状态下电力系统碳排放流的基本计算方法，揭示碳排放流在电力网络中的分布特性和传输消费机理。
[0006]以上文献挖掘了电力系统碳排放的特点，但是从电网拓扑结构的局部对碳排放流进行计算，计算步骤较为繁琐复杂；并且实际拓扑与计算碳排放流的仿真拓扑往往不一致，存在许多可再生能源接入的情况；由于可再生能源发电机组出力的随机性，使得不同时刻的电网潮流不一致，大大增加了计算的工作量。
[0007]随着微网的数量逐渐增加，电网拓扑结构的日益复杂化，如何根据潮流计算结果，快速准确地对节点以及支路的碳排放强度、碳势进行预测，量化网络中各节点的清洁能源占比，以实时掌握网络中碳流情况，是一个需要解决的问题。
[0008]分布式微网越来越多接入到配电网当中，由于配电网与微网之间存在相互影响，传统潮流计算方法无法对分布式微网的碳排放流进行计算。因此，如何实现对配电网中分布式微网碳排放流的计算是一个需要解决的问题。

技术实现思路

[0009]针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种配电网碳排放流预测方法。其目的是为了通过发电机组碳流向各节点的分摊，得出微网中每个节点的碳排放强度，快速完成对某节点的排放流的预测，实现大大提升计算速度的专利技术目的。
[0010]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0011]一种配电网碳排放流预测方法，包括：
[0012]对网络进行碳排放流计算；获得所有节点的碳排放强度、碳势，所有节点的电压、电流值作为预测模型的输入数据，节点之间支路的碳排放强度作为图卷积网络模型的边；图卷积网络碳排放流预测模型；将节点的电压电流值、支路的碳排放强度、节点的碳排放强度以及碳势作为数据输入，对图卷积网络的输入，对模型进行训练，得到训练完成的模型之后，将实际的各节点的电压和电流数据，输入到预测模型当中，实现网络中某一节点、支路的碳排放强度和碳势的实时预测。
[0013]更进一步的，所述对网络进行碳排放流计算，包括：无微网和含分布式微网两种情况。
[0014]更进一步的，所述无微网情况包括：
[0015]步骤1.输入网络的网络拓扑结构，初始化网络中的节点状态；
[0016]步骤2.构建功率平衡方程式，得到机组的有功、无功功率输出,P
Gi
、Q
Gi
为接入节点i发电机有功和无功功率，P
Li
、Q
Li
为网络输入节点的有功和无功负荷；
[0017][0018][0019]上式中，U
j
为节点i的电压幅值，G
ij
为分别为支路i
‑
j电导幅值，B
ij
为支路i
‑
j电纳的幅值，δ
ijo
为节点i和节点j的电压相角；
[0020]步骤3.对方程进行求解，得出网络中节点的电压U
i
和相角δ
i
；
[0021]步骤4.根据支路的上游输入功率P
ij
和接入节点i发电机有功功率P
Gi
，构建潮流分布矩阵A
u
，P
G
为各机组有功功率向量，P为流过功率向量；
[0022]A
u
P＝P
G
ꢀꢀꢀ
(3)
[0023]步骤5.根据机组的运行状态和功率输出，对机组进行建模，得出机组的碳排放强度；
[0024]步骤6.根据机组的碳排放强度和潮流分布矩阵A
u
，计算出各节点的碳排放强度以及碳势；
[0025]火力机组碳排放强度为：
[0026][0027]式中：为二氧化碳的摩尔质量；M
c
为碳的摩尔质量；μ
i
为机组i的燃煤含碳率；为机组i燃煤的碳氧化率；σ
i
为碳捕集率，w
i
为机组i的度电煤耗；
[0028]k个机组碳排放强度向量E
G
：：
[0029]E
G
＝[E
G1
,E
G2
,...,E
GK
]T
ꢀꢀꢀ
(5)
[0030]式中，T为转置；
[0031]节点碳势向量E的计算公式为：
[0032][0033]上式中，P
G
为各机组有功功率向量，P为流过功率向量，为各支路通过的有功功率向量的转置，为各机组有功功率向量的转置；
[0034]节点碳势e
α
为描述节点碳排放强度的物理量，即在节点消耗单位电量所造成的发电侧等效碳排放值；设具有N个节点，即α＝1，2，...，N；同时N
+
为节点α相连的所有支路集合，P
b
为支路有功潮流；
[0035][0036]R
c
为支路碳排放流率，即为单位时间内某条支路上通过的碳流量，计算公式如下：
[0037][0038]式中：F
c
为碳流量。
[0039]更进一步的，所述含分布式微网情况包括：
[0040]步骤21.输入网络包含主网络和微网的网络拓扑结构，初始化网络中的节点状态；将微网与主网络的连接节点和微网的出力机组节点视为平衡节点；
[0041]步骤22.构建功率平衡方程式(1)、(2)，设定连接节点接入发电机的有功、无功功率输出，分别为P
Gi
、Q
Gi
，P
Li
、Q...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配电网碳排放流预测方法，其特征是：包括：对网络进行碳排放流计算；获得所有节点的碳排放强度、碳势，所有节点的电压、电流值作为预测模型的输入数据，节点之间支路的碳排放强度作为图卷积网络模型的边；图卷积网络碳排放流预测模型；将节点的电压电流值、支路的碳排放强度、节点的碳排放强度以及碳势作为数据输入，对图卷积网络的输入，对模型进行训练，得到训练完成的模型之后，将实际的各节点的电压和电流数据，输入到预测模型当中，实现网络中某一节点、支路的碳排放强度和碳势的实时预测。2.根据权利要求1所述的一种配电网碳排放流预测方法，其特征是：所述对网络进行碳排放流计算，包括：无微网和含分布式微网两种情况。3.根据权利要求2所述的一种配电网碳排放流预测方法，其特征是：所述无微网情况包括：步骤1.输入网络的网络拓扑结构，初始化网络中的节点状态；步骤2.构建功率平衡方程式，得到机组的有功、无功功率输出,P
Gi
、Q
Gi
为接入节点i发电机有功和无功功率，P
Li
、Q
Li
为网络输入节点的有功和无功负荷；为网络输入节点的有功和无功负荷；上式中，U
j
为节点i的电压幅值，G
ij
为分别为支路i
‑
j电导幅值，B
ij
为支路i
‑
j电纳的幅值，δ
ijo
为节点i和节点j的电压相角；步骤3.对方程进行求解，得出网络中节点的电压U
i
和相角δ
i
；步骤4.根据支路的上游输入功率P
ij
和接入节点i发电机有功功率P
Gi
，构建潮流分布矩阵A
u
，P
G
为各机组有功功率向量，P为流过功率向量；A
u
P＝P
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)步骤5.根据机组的运行状态和功率输出，对机组进行建模，得出机组的碳排放强度；步骤6.根据机组的碳排放强度和潮流分布矩阵A
u
，计算出各节点的碳排放强度以及碳势；火力机组碳排放强度为：式中：M
co2
为二氧化碳的摩尔质量；M
c
为碳的摩尔质量；μ
i
为机组i的燃煤含碳率；为机组i燃煤的碳氧化率；σ
i
为碳捕集率，w
i
为机组i的度电煤耗；k个机组碳排放强度向量E
G
：：E
G
＝[E
G1
,E
G2
,...,E
GK
]
T (5)式中，T为转置；节点碳势向量E的计算公式为：上式中，P
G
为各机组有功功率向量，P为流过功率向量，为各支路通过的有功功率向
量的转置，为各机组有功功率向量的转置；节点碳势e
α
为描述节点碳排放强度的物理量，即在节点消耗单位电量所造成的发电侧等效碳排放值；设具有N个节点，即α＝1,2,...,N；同时N
+
为节点α相连的所有支路集合，P
b
为支路有功潮流；R
c
为支路碳排放流率，即为单位时间内某条支路上通过的碳流量，计算公式如下：式中：F
c
为碳流量。4.根据权利要求2所述的一种配电网碳排放流预测方法，其特征是：所述含分布式微网情况包括：步骤21.输入网络包含主网络和微网的网络拓扑结构，初始化网络中的节点状态；将微网与主网络的连接节点和微网的出力机组节点视为平衡节点；步骤22.构建功率平衡方程式(1)、(2)，设定连接节点接入发电机的有功、无功功率输出，分别为P
Gi
、Q
Gi
，P
Li
、Q
Li
为网络输入节点的有功、无功负荷；为网络输入节点的有功、无功负荷；步骤23.对方程进行求解，得出配电网连接节点的电压U
i
和相角δ
i
；步骤24.根据步骤23的结果，根据微网的潮流平衡方程，求解连接节点的功率；同时，不断迭代主网络中的功率值，使其达到收敛，得到最终的连接节点的功率值；步骤25.根据微网上节点j的连接节点的输入功率P
ij
和支路连接机组输入功率P
Gi
，构建潮流分布矩阵A
u
，P
G
为机组有功功率向量，P为流过功率向量；公式(12)中A
u
是公式(11)的矩阵表示；A
u
P＝P
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

【专利技术属性】
技术研发人员：李桐，孙赫阳，杨超，张英丽，杨佳轩，龚钢军，宋进良，雷振江，刘扬，任帅，陈剑，张彬，阎宇航，邱兵兵，李菁菁，傅思敏，
申请(专利权)人：华北电力大学国网辽宁省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：