一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，首先等效出了各支路阻抗损耗，进而对全网进行双向网损分摊，采用有功无功解耦法得出等效的发电机组出力，负荷，各支路潮流；引入碳排放强度指标，得到更为清晰的发电机功率与碳排放的对应关系，从而得到更为合理的发电机组碳排放强度。再通过三种碳流贡献矩阵，结合碳排放流理论，计算出发电机组对于各节点，支路，负荷的碳排放流贡献程度。该方法通过优化的计算方法得到发电机组对于各个节点，支路，负荷的碳排流贡献程度。分析了电力系统中发电机组的碳排放与流过支路、节点以及与电力负荷相对应的碳排放流的等量关联关系，揭示了碳排放流在电力系统中的产生、传输和消费的机理。费的机理。费的机理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法


[0001]本专利技术属于节能环保领域，尤其涉及一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法。

技术介绍

[0002]随着世界工业经济的发展、人口的剧增、人类生产生活方式的愈加无节制，世界气候面临越来越严重的问题，二氧化碳排放量越来越大，地球臭氧层正遭受前所未有的危机，人类的生存环境和健康安全已经受到严重危害。为了能够更好的表征出电力系统中各个节点、各条支路的碳排放流情况以及机组与负荷相应承担的碳排放责任，研究一种更为精确的全网碳配额方法尤为重要。
[0003]在未提出碳排放流这个概念之前，在与低碳电力相关的研究中，电力系统碳排放总量的计算一般采用宏观统计的办法，即先统计各类化石燃料的消耗总量，然后按照各类化石燃料的碳排放因子计算总的碳排放量。这种宏观碳排放的统计方法(简称为宏观统计法)计算简单、计算周期长(通常以年为单位)，对于电力行业低碳发展的基础研究与宏观分析无疑是准确并且有效的，因此这种方法被广泛应用，但这种实用的碳排放分析方法在一些方面亦存在其局限性，主要体现在以下三方面：其一，与电力系统中的潮流分析脱节；其二，宏观统计法无法对指定时间段内的各项低碳指标的微观变化进行细致地描述，不利于对电力系统低碳特征进行进一步的分析与研究；其三，宏观统计法无法厘定各地在电力交换情况下因支撑经济发展伴随的低碳责任。
[0004]那么清华大学的康重庆团队就提出了碳排放流的概念，克服了上述宏观统计法的缺点，但该方法只适用于无损网络，且对于承担碳排放责任问题没有详细的解决办法。在现有技术(CN115238597B)“涉及园区级综合能源系统源网荷碳排放模型的构建方法”，考虑到实际电力系统中的网络损耗，通过计算线路等效传输功率和发电机节点等效发电机出力，将网损分摊到各发电机，从而将有损网络转换成无损网络，使其能够适用于实际有损电力系统。但并没有去表征机组对于各个负荷与各条支路碳排放流贡献程度，且不能清晰表达出网络中各节点与各条支路中潮流的具体分布情况。，不能够将碳排放流在电网中的“来龙去脉”清晰地展示出来，不能为面向低碳的电力系统优化提供量化依据，同时只是简单的将网损归算到了发电侧，没有考虑负荷侧应该承担的网损。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，通过追踪复功率流，进行双向网损分摊，并结合碳排放流理论，进而得到机组对于给定网络的碳排放贡献程度的优化计算方法。该方法简单易实现，利用该方法可以更加精确机组对节点、支路和负荷的碳流排放贡献程度，使得发电机组与负荷端能够更好地承担各自的碳排放责任。
[0006]技术方案：本专利技术的一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，包括以下步
骤：
[0007]步骤1：采集目标电网的数据，并计算得到目标电网中各支路的总复功率S
ij
与净功率S
ji
，以及目标电网中各负荷端的负荷值S
li
和各发电机的出力S
Gi
；
[0008]步骤2：在目标电网各支路中增加若干虚拟节点，所有虚拟节点视为负荷节点，并且负荷节点的负荷等于该支路阻抗损耗；
[0009]步骤3：对虚拟节点进行编号，将全网潮流变为以有功功率流向为参考方向的顺流网络；
[0010]步骤4：按照复比例共享原则，对全网进行逆流追踪，定义流过节点的总潮流，得到各发电机应该承担的网损；
[0011]步骤5：按照复比例共享原则，对全网进行顺流追踪，得到各负荷端应该承担的网损；
[0012]步骤6：通过上下游算法确定各发电机对电网中虚拟负荷元件贡献的潮流分量以及各负荷对于电网中虚拟电源元件贡献的潮流分量，基于双向网损分摊，得到各发电机与各负荷应该承担的网损；
[0013]步骤7：基于各发电机与负荷所承担的总输电网损，得到等效发电机出力与负荷值；
[0014]步骤8：基于各发电机功率与碳排放的对应关系，计算各发电机的碳排放强度；
[0015]步骤9：基于等效发电机出力与目标电网中各支路潮流，通过碳排放流基础理论，得到P
B
，P
G
，P
N
，P
L
四个关联矩阵；
[0016]步骤10：利用P
B
，P
G
，P
N
，P
L
四个关联矩阵得到三个碳流贡献矩阵R
U
‑
N
、R
U
‑
B，k
、R
U
‑
L
，并基于碳流贡献矩阵计算得到目标电网中各发电机对各负荷节点和各支路的碳流贡献程度，基于碳流贡献程度对碳配额进行优化分配。
[0017]进一步的，步骤1中，S
ij
为在线路i
‑
j中从节点i流入的复功率，S
ji
为在线路i
‑
j中从节点j流出的复功率，在考虑网损的情况下S
ij
≠S
ji
，若i节点存在负荷，则节点i的负荷值为S
li
，若i节点存在发电机组，则其出力为S
Gi
。
[0018]进一步的，步骤3具体为：设电网有n个节点，m条支路，按在支路中间增加一个虚拟节点的方法处理成无损网后共有n+m个节点，虚拟节点的编号分别为1,2,
…
,n+m，同时将全网潮流变为以有功功率流向为参考方向的顺流网络。
[0019]进一步的，步骤4具体为：按照复比例共享原则，对全网进行逆流追踪，定义流过节点的总潮流为：
[0020][0021]式中，表示节点的入线集；S
ji
为在线路i
‑
j中从节点j流出的复功率；
[0022]在节点j处，引入C
ji
其表示为S
ji
与S
j
的比值，这样式(1)变为：
[0023][0024]引入上游分布矩阵A
u
，A
u
为(n+m)
×
(n+m)阶矩阵，其中元素为：
[0025][0026]式(2)化为：
[0027]A
u
S＝S
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0028]式中：A
u
为(n+m)
×
(n+m)的上游分布矩阵；S为(n+m)
×
1阶矩阵，其中元素为各个节点总复功率潮流；S
G
(n+m)
×
1阶矩阵，其中元素为若该节点存在机组注入，则为发电机组注入的复功率，否则为0，当发电机组与节点相连接时，发电机相连接的节点编号保持一致；
[0029]由式(4)可得向量S中的元素为：
[0030][0031]从式(5)可知，发电机k给节点i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集目标电网的数据，并计算得到目标电网中各支路的总复功率S
ij
与净功率S
ji
，以及目标电网中各负荷端的负荷值S
li
和各发电机的出力S
Gi
；步骤2：在目标电网各支路中增加若干虚拟节点，所有虚拟节点视为负荷节点，并且负荷节点的负荷等于该支路阻抗损耗；步骤3：对虚拟节点进行编号，将全网潮流变为以有功功率流向为参考方向的顺流网络；步骤4：按照复比例共享原则，对全网进行逆流追踪，定义流过节点的总潮流，得到各发电机应该承担的网损；步骤5：按照复比例共享原则，对全网进行顺流追踪，得到各负荷端应该承担的网损；步骤6：通过上下游算法确定各发电机对电网中虚拟负荷元件贡献的潮流分量以及各负荷对于电网中虚拟电源元件贡献的潮流分量，基于双向网损分摊，得到各发电机与各负荷应该承担的网损；步骤7：基于各发电机与负荷所承担的总输电网损，得到等效发电机出力与负荷值；步骤8：基于各发电机功率与碳排放的对应关系，计算各发电机的碳排放强度；步骤9：基于等效发电机出力与目标电网中各支路潮流，通过碳排放流基础理论，得到P
B
，P
G
，P
N
，P
L
四个关联矩阵；步骤10：利用P
B
，P
G
，P
N
，P
L
四个关联矩阵得到三个碳流贡献矩阵R
U
‑
N
、R
U
‑
B，k
、R
U
‑
L
，并基于碳流贡献矩阵计算得到目标电网中各发电机对各负荷节点和各支路的碳流贡献程度，基于碳流贡献程度对碳配额进行优化分配。2.根据权利要求1所述的一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，其特征在于，步骤1中，S
ij
为在线路i
‑
j中从节点i流入的复功率，S
ji
为在线路i
‑
j中从节点j流出的复功率，在考虑网损的情况下S
ij
≠S
ji
，若i节点存在负荷，则节点i的负荷值为S
li
，若i节点存在发电机，则其出力为S
Gi
。3.根据权利要求1所述的一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，其特征在于，步骤3具体为：设电网有n个节点，m条支路，按在支路中间增加一个虚拟节点的方法处理成无损网后共有n+m个节点，虚拟节点的编号分别为1,2,
…
,n+m，同时将全网潮流变为以有功功率流向为参考方向的顺流网络。4.根据权利要求1所述的一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，其特征在于，步骤4具体为：按照复比例共享原则，对全网进行逆流追踪，定义流过节点的总潮流为：式中，表示节点的入线集；S
ji
为在线路i
‑
j中从节点j流出的复功率；在节点j处，引入C
ji
其表示为S
ji
与S
j
的比值，这样式(1)变为：引入上游分布矩阵A
u
，A
u
为(n+m)
×
(n+m)阶矩阵，其中元素为：
式(2)化为：A
u
S＝S
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：A
u
为(n+m)
×
(n+m)的上游分布矩阵；S为(n+m)
×
1阶矩阵，其中元素为各个节点总复功率潮流；S
G
(n+m)
×
1阶矩阵，其中元素为若该节点存在机组注入，则为发电机组注入的复功率，否则为0，当发电机组与节点相连接时，发电机相连接的节点编号保持一致；由式(4)可得向量S中的元素为：从式(5)可知，发电机k给节点i提供的潮流为[A
u
]
ij
S
Gk
，通过复比例共享原则，可知节点i的负荷S
Li
由发电机组S
Gk
提供的功率为：此时各线路的损耗已经等效为了增加的虚拟节点的负荷，因此这时只要将发电机对于虚拟节点的贡献功率累加起来就得到发电机应承担全网网损的份额，以发电机G
k
为例，它应承担的网损为：由于仅对全网网损的实部进行收费，所以对式(7)进行取实部运算：5.根据权利要求1所述的一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，其特征在于，步骤5具体为：按照复比例原则，对全网进行顺流追踪，将各虚拟节点的损耗功率视为各虚拟节点的发电功率即对虚拟节点而言其注入的复功率：S
Gi
＝
‑
S
Li
(i＝1,2,
…
,n+m)流过节点i的总复功率潮流为：式中，表示节点i的出线集；引入C
ji
其表示为S
ji
与S
j
的比值；将式(9)改写为：引入下游分布矩阵A
d
，矩阵A
d
为(n+m)
×
(n+m)阶矩阵，其中的元素为：
式(10)可化为：A
d
S＝S
L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)式中：S为流经网络各节点潮流的向量；S
L
为(n+m)
×
1阶矩阵，其中元素为若该节点存在负荷，则为负荷端值，否则为0，当负荷端与节点相连接时，负荷端相连接的节点编号保持一致；由式(12)可得向量S中的元素为：由式(13)看出，负荷k的复功率中流经节点i的潮流为：通过复比例共享原则，可知节点i的发电机组S
Gi
给各个负荷提供的功率为：由于各线路的损耗被虚拟成线路中点的电源，因此要求各负荷应承担的全网网损只需将负荷来自这些虚拟节点的功率累加；由式(16)可得负荷k应承担的有功网损为：式(16)～(17)中：由于将虚拟节点的负荷看成电源，所以将S
Gi
取负。6.根据权利要求1所述的一种基于碳流贡献矩阵的全网碳配额优化方法，其特征在于，步骤6具体为：对电网的虚拟负荷元件S
Li
(i＝1,2,
…
,n+m),由上游算法确定发电机k对它贡献的潮流分量为S
Li,Gk
，则发电机应承担的网损应为γS
Li,Gk
，对全网全部元件求和得发电机k应承担的总网损为：其中γ为双向网损分摊的比例，双向网损分摊的基本思想为：每个元件上的网损的γ份额分配给利用该线路的发电机，剩下的(1
‑
γ)分配给由它供电的负荷，0≤γ≤1时γ由电网运营机构规定或电厂和负荷协商；γ＝0即为网损分摊的下游算法模式；γ＝1即为网损分摊的上游算法模式；对电网的虚拟电源元件S
Gi
(i＝n+1,n+2,
…
,n+m)由相应的跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘程子，过祈睿，杨艳，刘泽远，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：