基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置。在该方法中，通过电力网络电碳图数据构建、电力网络精细化电碳追踪计算和电力网络电碳追踪结果生成三个子方法，可将电力网络电碳追踪问题转化为图搜索问题，避免了复杂矩阵构建和运算，同时考虑了储能设备对电力网络碳排放分布的影响，能够实现电力网络精细化时空尺度电碳追踪，并能与电力网络拓扑识别、状态估计等技术深度结合，具有良好的鲁棒性、扩展性和实用性。扩展性和实用性。扩展性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置


[0001]本专利技术涉及电碳核算领域，特别是涉及一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置。

技术介绍

[0002]全球气候变暖是全人类共同面临的生态危机，其中，能源燃烧是我国主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的88％左右，电力行业排放又约占能源行业排放的41％。电网连接电力生产和消费，是重要的网络平台，是能源转型的中心环节。
[0003]在现行电力碳核算方法中，直接碳排放核算，一般采用宏观统计法；间接碳排放核算，一般采用平均碳排放因子法。随着新能源渗透率不断提高，一方面，当前碳排放核算方法的时空间分辨率不够精细；另一方面，电力系统碳核算的时空广度需进一步提升，不能体现碳排放因子在电力系统全环节的时空差异性。碳排放流分析理论认为，碳排放流实际上是一种依附于电力潮流存在且随系统潮流定向移动的耦合碳排放虚拟网络流，通过电力网络拓扑将流过支路和节点的碳排放流与系统中发电机组注入的碳排放流对应起来，从而发现碳排放流形成的机理，识别碳排放流从发电机组流向负荷的通道。尽管碳排放流分析理论可定量描述电力系统中流过各个节点、各条支路和各处负荷相对应的碳排放流与系统中所有发电机组碳排放的定量关联关系，但需生成支路潮流分布矩阵、机组注入分布矩阵、节点有功通量矩阵、支路碳流率分布矩阵和发电机碳排放强度向量、节点碳势向量、负荷碳流率向量等计算参数，并基于这些计算参数进行矩阵运算以实现电碳矩阵方程求解。由于电力系统实际运行拓扑结构复杂多变，比如存在环流，上述计算参数生成会比较困难，而且在求解过程中，当相应矩阵不可逆时，还需进行额外处理，使其应用存在一定局限性。另外，随着新型电力系统建设持续推进，越来越多的储能设备接入电力系统，储能设备充放电对电力系统碳排放流的影响已难以忽略，因而考虑储能设备对电力系统碳排放流的作用机制已成为必然要求。

技术实现思路

[0004]鉴于此，针对现有方法存在的问题和不足，本专利技术提出了一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法，所述方法至少包括：电力网络电碳图数据构建、电力网络精细化电碳追踪计算和电力网络电碳追踪结果生成三个子方法。
[0006]具体地，电力网络电碳图数据构建是通过电力网络拓扑关系、潮流分布和机组碳排放信息等基础数据生成电力网络的图数据表示。
[0007]进一步地，电力网络拓扑关系是指电力网络中各节点之间的电气连接关系和地理位置关系。进一步地，电气连接关系用于描述各节点之间的电力连接信息，地理位置关系用于描述各节点之间的地理位置信息。
[0008]进一步地，电力网络潮流分布是指电力网络中各节点汇入支路/流出支路的功率以及各支路功率损耗，可由系统潮流计算或状态估计获得。进一步地，在电碳核算领域，功率和功率损耗一般只使用有功功率和有功功率损耗。
[0009]进一步地，电力网络机组碳排放信息包括但不限于各机组(包括处于放电状态的储能设备)输出电力对应的电网碳排放，其单位为千克/千瓦时(kg/kWh)或吨/兆瓦时(t/MWh)，可根据实际需要选取或换算。进一步地，所述电力网络机组一般是指火电机组、风电场、光伏电站等发电设备或单元，也可以是用于表示外部电网、微电网等具有输出电力能力的等值机组。
[0010]进一步地，在所述电力网络电碳图数据中，定义四种类型的节点：
[0011]1)根源节点：只能生产电力，并对外输出电力，是电力网络中的碳源。电力网络中的发电机组属于该类节点；
[0012]2)叶汇节点：只能消费电力，并对内输入电力，是电力网络中的碳汇。电力网络中的负荷属于该类节点；
[0013]3)可变节点：本身不能生产或消费电力，但既能对内输入电力，又能对外输出电力，是电力网络中的碳排放流调节节点。进一步地，当可变节点对外输出电力时，其作用相当于根源节点；当可变节点对内输入电力时，其作用相当于叶汇节点。电力网络中的储能设备属于该类节点；
[0014]4)输配节点：本身不能生产或消费电力，仅用于表示电力传输和分配过程中的电气连接点，是电力网络中的碳排放流中间节点。电力网络中的发电机组接入点、储能接入点、负荷接入点等电气连接点属于该类节点。
[0015]进一步地，所述四种类型的节点均包含关系、电气和碳流三种基本属性，具体定义如下：
[0016]1)根源节点
[0017]关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；
[0018]电气属性：流出支路功率；
[0019]碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
[0020]2)叶汇节点
[0021]关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；
[0022]电气属性：汇入支路功率；
[0023]碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
[0024]3)可变节点
[0025]关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；
[0026]电气属性：流出支路功率或汇入支路功率。进一步地，当可变节点对外输出电力时，其相当于根源节点，仅有流出支路功率；当可变节点对内输入电力时，其相当于叶汇节点，仅有汇入支路功率；
[0027]碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
[0028]4)输配节点
[0029]关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；
[0030]电气属性：汇入支路功率和流出支路功率；
[0031]碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
[0032]进一步地，在所述电力网络电碳图数据中，支路用于描述上述节点之间的电气连接关系，各节点之间的连接关系一般可表示为邻接矩阵或邻接表的形式。支路也包含电气和碳流属性：
[0033]电气属性：支路输入端功率或支路输出端功率、支路损耗功率；
[0034]碳流属性：支路输入端电网碳排放贡献度向量或支路输出端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量。
[0035]进一步地，支路输入端功率是指支路起始节点处的电力潮流，支路输出端功率是指支路终结节点处的电力潮流，支路潮流损耗是支路输入端潮流与该支路输出端潮流的差值。进一步地，某条支路的两个端点中，哪一个为起始节点，取决于该支路中有功潮流的实际流向。具体地，若某条支路两个端点分别为节点i和j，某一时刻该支路实际有功潮流由节点i流向节点j，则节点i为该支路的起始节点，节点j为该支路的终结节点；另一时刻该支路实际有功潮流由节点j流向节点i，则节点j为该支路的起始节点，节点i为该支路的终结节点。
[0036]具体地，在电力网络电碳图数据构建后，即可进行电力网络精细化电碳追踪计算，所述计算包括下列步骤：
[0037]步骤S1：定义支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和节点电网碳排放贡献度向量三个基本参数。
[0038]具体地，支路输入端电网碳排放贡献度向量是指该支路输入端有功功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法，其特征在于，所述方法至少包括电力网络电碳图数据构建、电力网络精细化电碳追踪计算和电力网络电碳追踪结果生成三个子方法，其中，所述电力网络电碳图数据构建子方法生成电力网络各节点和各支路的图数据表示；所述电力网络精细化电碳追踪计算子方法使用所述电力网络各节点和各支路的图数据，计算电力网络各节点和各支路的电网碳排放贡献度向量；所述电力网络电碳追踪结果生成子方法使用所述电力网络各节点和各支路的电网碳排放贡献度向量，生成电力网络电碳追踪结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力网络电碳图数据构建是通过预设基础数据生成电力网络的图数据表示，所述预设基础数据至少包括：电力网络拓扑关系、电力网络潮流分布和电力网络机组碳排放信息；进一步地，电力网络拓扑关系是指电力网络中各节点之间的电气连接关系和地理位置关系，其中，电气连接关系用于描述各节点之间的电力连接信息，地理位置关系用于描述各节点之间的地理位置信息；进一步地，电力网络潮流分布是指电力网络中各节点汇入支路/流出支路的功率以及各支路功率损耗，由系统潮流计算或状态估计获得；进一步地，电力网络机组碳排放信息包括各机组(包括处于放电状态的储能设备)输出电力对应的电网碳排放。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电力网络电碳图数据中，定义四种类型的节点：根源节点：只能生产电力，并对外输出电力，是电力网络中的碳源；叶汇节点：只能消费电力，并对内输入电力，是电力网络中的碳汇；可变节点：本身不能生产或消费电力，但既能对内输入电力，又能对外输出电力，是电力网络中的碳排放流调节节点；进一步地，当可变节点对外输出电力时，其作用相当于根源节点；当可变节点对内输入电力时，其作用相当于叶汇节点；输配节点：本身不能生产或消费电力，仅用于表示电力传输和分配过程中的电气连接点，是电力网络中的碳排放流中间节点；进一步地，所述四种类型的节点均包含关系、电气和碳流三种基本属性，具体定义如下：根源节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；电气属性：流出支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；叶汇节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；电气属性：汇入支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；可变节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；
电气属性：流出支路功率或汇入支路功率；进一步地，当可变节点对外输出电力时，其相当于根源节点，仅有流出支路功率；当可变节点对内输入电力时，其相当于叶汇节点，仅有汇入支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；输配节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点ID；电气属性：汇入支路功率和流出支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；进一步地，在所述电力网络电碳图数据中，支路用于描述上述节点之间的电气连接关系，各节点之间的连接关系用邻接矩阵或邻接表的形式进行表示；支路包含电气和碳流属性：电气属性：支路输入端功率或支路输出端功率、支路损耗功率；碳流属性：支路输入端电网碳排放贡献度向量或支路输出端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电力网络精细化电碳追踪计算包括下列步骤：步骤S1：定义支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和节点电网碳排放贡献度向量三个基本参数；步骤S2：定义电力网络电碳追踪计算条件集和操作集步骤S3：基于条件集和操作集使用电力网络精细化电碳追踪计算算法求解电力网络中各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，预设时间断面，若电力网络中的第i个节点，具有条流出支路，则该节点的第j条流出支路输入端的电网碳排放贡献度向量所述支路输入端电网碳排放贡献度向量按式(1
‑
1)进行计算：式(1
‑
1)中，表示第i个节点的第j条流出支路输入端的有功功率；支路损耗电网碳排放贡献度向量是指电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为预设支路功率损耗折合碳排放分别提供的碳排放，所述支路损耗电网碳排放贡献度向量按式(1
‑
2)进行计算：式(1
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2)中，表示第i个节点的第j条流出支路对应的有功功率损耗，表示第i个节点的第j条流出支路损耗电网碳排放贡献度向量；进一步地，根据支路输入端电网碳排放贡献度向量和支路损耗电网碳排放贡献度向
量，推导出支路输出端电网碳排放贡献度向量，所述支路输出端电网碳排放贡献度向量是指该支路输出端有功功率潮流对应碳排放中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)分别提供的碳排放，所述支路输出端电网碳排放贡献度向量按式(1
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3)进行计算：式(1
‑
3)中，表示第i个节点的第j条流出支路输出端电网碳排放贡献度向量；进一步地，支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和支路输出端电网碳排放贡献度向量三个参数中仅有两个是独立的，根据实际需要任意选取其中两个参数作为电力网络电碳追踪计算的基本参数；进一步地，节点电网碳排放贡献度向量是指电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为某个节点分别提供的碳排放；预设时间断面，在一个具有n个节点，b条支路，s个电源，d个负荷和p个储能的电力网络中，其中，预设时刻处于输出电力的储能为m个，处于输入电力的储能为l个，m和l应满足m+l≤p，第i个节点的电网碳排放贡献度向量φ
i
按下式表示：式(1
‑
4)中，表示第k个根源节点为第i个节点提供的电网碳排放；预设时间断面，对于电力网络中的第i个节点，具有条汇入支路，则该节点的电网碳排放贡献度向量按下式计算：式(1
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5)中，表示第i个节点的第j条汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于条件集定义下列条件：当前层中某个节点的某条汇入支路对应的上游邻接节点的电网碳排放贡献度向量为已知？当前层中某个节点的所有汇入支路逆流回溯完成？当前层中某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知？当前层中所有节点的所有汇入支路逆流回溯完成？当前层中某个节点的求解依赖节点已转变为等效根源节点？当前层中存在电力环流？电力网络中所有非根源节点全部转变为等效根源节点？对于操作集定义下列操作：对当前层中某个节点的某条汇入支路进行逆流回溯；顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；该
条汇入支路对应的上游邻接节点作为该节点的求解依赖节点；依次检查该层中各个节点存在的所有求解依赖节点；则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；节点转变为等效根源节点，并按式(1
‑
5)计算该节点的电网碳排放贡献度向量；根据电力环流电碳追踪计算方法求解环流上各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量；以上一层中生成的等效根源节点的所有下游邻接节点，和所有残留的存在求解依赖节点的节点共同作为下一层。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电力网络精细化电碳追踪计算算法，以电力网络中的各根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为算法入口，将其所有下游邻接节点作为第一层，并包括下列步骤：步骤SY
‑
1：依次对当前层中各个节点的各条汇入支路进行逆流回溯，若某个节点的某条汇入支路对应的上游邻接节点的电网碳排放贡献度向量为已知，则顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量，否则，该条汇入支路对应的上游邻接节点作为该节点的求解依赖节点；若当前层中某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知，则该节点转变为等效根源节点；步骤SY
‑
2：依次检查当前层中各个节点存在的所有求解依赖节点，若求解依赖节点已转变为等效根源节点，则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；此时，若当前层中原本存在求解依赖节点的某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量已能够求解，则该节点转变为等效根源节点，对于仍然存在求解依赖节点的节点，则作为下一分层中的非根源节点；步骤SY
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3：判断当前层中是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，周飞，王轶申，刘思言，柴博，赵保华，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：