一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及碳排放计量技术领域，具体提供了一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置，包括：对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块

【技术实现步骤摘要】
一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及碳排放计量
，具体涉及一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置
。

技术介绍

[0002]电力碳排放计量技术指电力产生的间接温室气体排放，核算企业所消耗的外购电力产生的温室气体排放的技术
。
为推动减排工作不断形成规范，降低碳排放总量，相关部门提供了通用的电力行业碳排放计量方法
。
而在其他行业如钢铁
、
水泥生产行业的碳排放计量中，除去企业直接温室气体排放之外，还包含企业外购电力产生的间接温室气体排放
。
因此，精准
、
全面
、
明确地对电力负荷包含的碳排放进行计量，可以为企业节能减排效果提供量化评估的重要依据
。
[0003]目前，有专利对于电力负荷包含的碳排放的计量进行研究，例如：
[0004]电网平均排放因子法，电网平均排放因子又叫电网用电排放因子，它表示的是某区域范围内使用1度电产生的碳排放量，其计算原理是整个电网的总碳排放除以总电量
。
区域电网平均排放因子主要用于计算用电产生的碳排放量，企业在计算电网用电产生的碳排放量时采用该排放因子与用电量的乘积进行碳排放度量
。
电网平均排放因子根据范围有省级碳排放因子
、
区域碳排放因子
、
全国碳排放因子等
。
[0005]然而，该方法在碳排放计量方面时空分辨率体现不够，而且常存在碳排放因子发布滞后的现实问题
。
此外，电力相关碳排放平摊至全部电量，无法区分不同类型电源及外送电力的绿色环境价值，也未能体现电力负荷的电气位置
、
功率变化对发电侧碳排放带来的影响，无法影响企业的用电行为及其在电力市场
、
碳市场的交易行为，无法带动企业灵活选择更清洁的能源
。
[0006]碳流分析法是一种基于功率分布的碳流追踪方法，其基本思想是在潮流计算结果的基础上，利用顺流或逆流跟踪算法确定电网中的功率分布，然后结合机组的碳排放强度，将发电侧碳排放公平分摊到各节点负荷
、
各支路功率以及网络损耗，从而实现碳排放具体流向的准确追踪与溯源
。
碳流分析法在计算碳排放总量的同时，清晰地揭示了碳流在电力网络中的分布特性和传输消费机理
。
在此基础上对碳流理论进一步改进，将各支路损耗等效为虚拟电源或负荷，通过引入灵活可调的网损分配系数，将顺流跟踪和逆流跟踪方法相结合，建立网损碳流的双向分摊模型
。
[0007]然而，该方法存在以下问题：
1)
电源通常在高电压等级如
500kV、220kV
入网，而负荷则分布在较低电压等级，碳流依附于电力潮流经过多电压等级流向负荷，技术二未能考虑能量多级转换带来的计算规模问题；
2)
顺流跟踪或逆流跟踪的潮流追踪方法的依据是潮流的比例分摊原则，但原则是经验假定，在处理环网时物理概念不清晰，缺乏理论依据
。

技术实现思路

[0008]为了克服上述缺陷，本专利技术提出了一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置
。
[0009]第一方面，提供一种电力负荷全过程碳排放计算方法，所述电力负荷全过程碳排放计算方法包括：
[0010]对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块
b
t
对应的上游电网中与其具有连接关系的电网分块
b
s
；
[0011]将所述电网分块
b
t
与电网分块
b
s
的公共连接节点分割为等效负荷节点和等效发电机节点，其中，所述等效负荷节点属于电网分块
b
s
，所述等效发电机节点属于电网分块
b
t
；
[0012]确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额；
[0013]基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块
b
t
中各发电机节点的度电排放强度；
[0014]基于所述电网分块
b
t
中各发电机节点的度电排放强度以及各发电机节点对待分析负荷节点的供电份额确定待分析负荷节点的全过程碳排放量
。
[0015]优选的，所述对电网进行分层分块，包括：
[0016]将电网中变压器低压侧出线所连接设备划分为一个电网分块；
[0017]对于一个电网分块，将其接入的母线上的降压变压器高压侧电网划分为上游电网，降压变压器低压侧电网划分为下游电网
。
[0018]优选的，所述确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额，包括：
[0019]基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵；
[0020]在所述等效负荷节点对应的导纳矩阵中获取所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗；
[0021]基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗；
[0022]基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额
。
[0023]进一步的，按下式更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵：
[0024]Y
v
＝
Y
v0
+1/Z
A\{v}
+1/Z
G
[0025]上式中，
Y
v
为更新后所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，
Y
v0
为所述等效负荷节点对应的原始导纳矩阵，
Z
A\{v}
为电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵，
Z
G
为电网中发电机节点的等效电源内阻矩阵
。
[0026]进一步的，所述基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，包括：
[0027]求解下述关系式，得到所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
对所述等效负荷节点
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电力负荷全过程碳排放计算方法，其特征在于，所述方法包括：对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块
b
t
对应的上游电网中与其具有连接关系的电网分块
b
s
；将所述电网分块
b
t
与电网分块
b
s
的公共连接节点分割为等效负荷节点和等效发电机节点，其中，所述等效负荷节点属于电网分块
b
s
，所述等效发电机节点属于电网分块
b
t
；确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额；基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块
b
t
中各发电机节点的度电排放强度；基于所述电网分块
b
t
中各发电机节点的度电排放强度以及各发电机节点对待分析负荷节点的供电份额确定待分析负荷节点的全过程碳排放量
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对电网进行分层分块，包括：将电网中变压器低压侧出线所连接设备划分为一个电网分块；对于一个电网分块，将其接入的母线上的降压变压器高压侧电网划分为上游电网，降压变压器低压侧电网划分为下游电网
。3.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额，包括：基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵；在所述等效负荷节点对应的导纳矩阵中获取所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗；基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗；基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗确定所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额
。4.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，按下式更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵：
Y
v
＝
Y
v0
+1/Z
A\{v}
+1/Z
G
上式中，
Y
v
为更新后所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，
Y
v0
为所述等效负荷节点对应的原始导纳矩阵，
Z
A\{v}
为电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵，
Z
G
为电网中发电机节点的等效电源内阻矩阵
。5.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，包括：求解下述关系式，得到所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
对所述等效负荷节点
v
的转移阻抗：
Z
Tiv
＝
[1/Z
v
+∑
A\{v}
Z
iv
/(Z
vv
+Z
v
)Z
Gi
]
‑1*[(Z
vv
+Z
v
)Z
Gi
‑
Z
iv
Z
v
]/Z
iv
Z
v
上式中，
Z
Tiv
为所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
对所述等效负荷节点
v
的转移阻抗，
Z
v
为所述等效负荷节点
v
的等效阻抗，
Z
vv
为所述等效负荷节点
v
的自阻抗，
Z
Gi
为所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
的等效电源内阻，
Z
iv
为所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
对所述等效负荷节点
v
的互阻抗，
A\{v}
表示电网所有节点集合
A
中除所述等效负荷节点
v
以外的其他负荷节点的集合
。6.
如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述等效负荷节点
v
的等效阻抗的计算式如下：
Z
v
＝
∣V
v
∣2/(P
v
+jQ
v
)
*
上式中，
V
v
为所述等效负荷节点
v
的电压，
P
v
为所述等效负荷节点
v
的有功负荷，
Q
v
为所述等效负荷节点
v
的无功负荷，
j
为虚数单位
。7.
如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
的等效电源内阻的计算式如下：
Z
Gi
＝
(E
ref
‑
V
Gi
)/I
Gi
上式中，
E
ref
为选定的平衡节点电压，
V
Gi
为所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
的量测电压，
I
Gi
为所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
向电网注入的电流，其中，
I
Gi
＝
(P
v
‑
jQ
v
)/(V
Gi
)
*
。8.
如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额的计算式如下：
P
iv
＝
real[V
v
((E
ref
‑
V
v
)/Z
Tiv
)
*
]
上式中，
P
iv
为所述电网分块
b
s
中发电机节点
i
对所述等效负荷节点
v
的供电份额，
real
表示返回复数的实部并将实部设置为值的操作函数
。9.
如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述电网分块
b
s
中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块
b
t
中各发电机节点的度电排放强度，包括：当所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
为化石燃料发电机时，所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的度电排放强度的计算式如下：
λ
j
＝
G
j
当所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
与所述等效发电机连接时，所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的度电排放强度的计算式如下：
λ
j
＝
[∑
i∈bs
(P
iv
G
i
)/G
i
]/∑
i∈bs
P
iv
上式中，
λ
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的度电排放强度，
G
j
为所述电网分块
b
t
中发电机
j
关于化石燃料的度电碳排放强度
,G
i
为所述电网分块
b
s
中发电机
i
关于化石燃料的度电碳排放强度
。10.
如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电网分块
b
t
中发电机
j
关于化石燃料的度电碳排放强度的计算式如下：
G
j
＝
η
j
ξ
j
(1
‑
μ
j
)(M
CO2
/M
c
)[(a
j
p
Gj2
+b
j
p
Gj
+c
j
)
ζ
j
/p
Gj
]
上式中，
η
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的燃料含碳率，
ξ
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的碳氧化率，
μ
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的碳捕集率，
M
CO2
为二氧化碳的摩尔质量，
M
c
为碳的摩尔质量，
a
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
正常运行状态下的二次项耗量特性参数，
b
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
正常运行状态下的一次项耗量特性参数，
c
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
正常运行状态下的常数耗量特性参数，
p
Gj
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的发电功率，
ζ
j
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
的修正系数
。11.
如权利要求
10
所述的方法，其特征在于，所述待分析负荷节点的全过程碳排放量的
计算式如下：
C
k
＝
∑
j∈bt
(P
jk
λ
j
)
上式中，
C
k
为所述电网分块
b
t
中待分析负荷节点
k
的全过程碳排放量，
P
jk
为所述电网分块
b
t
中发电机节点
j
对待分析负荷节点
j
的供电份额
。12.
一种电力负荷全过程碳排放计算装置，其特征在于，所述装置包括：分层模块，用于对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块
b
t
对应的上游电网中与其具有连接关系的电网分块
b
s
；分割模块，用于将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思瑞，张静，卜凡鹏，成岭，李文，林晶怡，李建锋，郭京超，李德智，李斌，田世明，刘畅，蒋利民，纪鹏志，屈博，李阳，王占博，高子寒，李春红，苗淑平，李静，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济宁供电公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：