专利名称：基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法
基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法技术领域
本发明属于低碳电力及电力系统运行测量技术领域，特别涉及一种基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法。
背景技术：
在低碳电力领域中，电力系统碳排放量的测量与计算分析是基础性工作。建立一个科学的碳排放测量、计算与分析的网络化方法是实现碳减排的重要基础。而现有的碳排放量计算方法从宏观数据出发，根据能源消耗量进行统计，具有计算简单、结果准确、方法实用的优点。但是，该方法仅从有形的排放“出口”处进行测量，而忽视了碳排放从“源头”到“出口”的流动与分布规律。随着低碳电力研究的不断发展，仅仅依靠碳排放量计算，无法完全体现电力系统的低碳特征，该方法的局限性将逐渐显现出来。
最主要的局限性在于:电能是典型的二次能源，其碳排放集中在发电环节，在输电和用电环节基本不产生碳排放。而电能作为一种商品，其效用却全部由消费者获得，当不同地区间存在电能交换时，发电产生的能源消耗与碳排放却不会随着电能转移。在电力行业中，发电环节通常被认为是碳排放的源头，但实际上，需求导致生产，在某种意义上电力负荷才是碳排放真正的源头。现有的碳排放计算测量方法可以界定各个地区的电力系统生产电力所带来的碳成本，却无法厘定各地在电力交换的情况下因支撑经济发展伴随的低碳责任，这将使能源输出地区在低碳发展中处于弱势，不利于电力系统低碳减排目标的合理分配。
在电力系统中，不同的发电技术具有不同的碳排放特性，但各类电厂产生的潮流和碳排放(如果有的话)并无差异。这样，相比在商贸物流中的应用，碳排放流在电力系统中存在着有更为简便和灵活的应用空间，也更容易构建电力系统碳排放流的理论体系。
电力系统中的潮流分布于由发电厂、变电站、输电线、母线等设备连接起来的电网之中，抽象地讲，电力系统由一系列的发电机、输电线路、电力用户(负荷)，以及变压器、开关等配电和变电设备组成。发电机和电力用户可分别视为电力系统中的电源节点和用户节点，变压器在系统中被视为变压器节点。在电力系统中，根据变压器工作状态和分析角度的不同，变压器节点可被视为等效的电源节点，也可被视为等效的用户节点。当变压器被未被视为等效发电机节点时， 变压器节点和用户节点统称为非电源节点。输电线、母线和线路上的开关可视为电力系统中的支路(因开关一般位于输电线和母线上控制线路开断，可视为支路的一部分)。由此，电力系统可视为由节点和支路组成的网络。将电力系统碳排放流定义为依附于电力潮流存在且用于表征电力系统中维持任一支路潮流的碳排放所形成的虚拟网络流，在电力系统领域中可简称为碳排放流。
直观上，电力系统碳排放流相当于给电力系统中每条支路上的潮流加上碳排放的标签。由于碳排放流与潮流间存在依附关系，可以认为:在电力系统中，碳排放流从发电厂(电源节点)出发，随着电厂发出的功率进入电力系统，跟随系统中的潮流在电网中流动，最终流入用户侧的消费终端(用户节点)。表面上，碳排放是经由发电厂排入大气，实质上，碳排放是经由碳排放流由电力用户所消费。在电力系统中，碳排放流的相关理论体系以及概念和定义如下:
支路碳流量:支路碳流量用于表征支路上碳流的大小，用符号F表示。具体定义为:给定时间内随潮流而通过某条支路的碳流量所对应的碳排放量，单位一般为(tco2*kgC02)。支路碳流量在数值上等于在给定时间内为产生和维持该支路潮流而在发电环节所产生的碳排放量。
支路碳流率:支路碳流率定义为某条支路在单位时间内随潮流而通过的碳流量，用符号R表示，在数值上等于支路碳流量对时间的导数:
权利要求
1.一种基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法，其特征在于，主要包括以下步骤: 1)从电网数据库录入电力系统实时运行数据，形成基础数据库；该运行数据包括主动配电网的拓扑结构数据、系统参数数据，以及基于主动配电网自动化系统测量得到的潮流分布的运行状态数据； 2)从基础数据库中选取数据构造主动配电网碳排放流的计算矩阵和向量；所述构造的矩阵和向量为:支路潮流流入分布矩阵、支路有功网损分布矩阵、电源潮流注入矩阵、系统电源碳势向量、系统节点通量矩阵； 3)根据系统节点通量矩阵的可逆性判断主动配电网中是否存在影响碳排放流求解可行性的零通量节点；若存在，则将其识别出来并删去，更新构造主动配电网碳排放流的计算矩阵和向量，并重新执行步骤3)，直至系统节点通量矩阵可逆，执行步骤4);若主动配电网中不存在零通量节点，则直接执行步骤4)； 4)利用所构造的矩阵和向量求解主动配电网中各个非电源节点在各个时段的节点碳势； 5)根据主动配电网中各 个用户节点的碳势，计算各用户节点在各时间段内的用电碳排放量，进而完成对单时间段或多时间段内用户节点的累积用电碳排放量的测量。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2)从基础数据库中选取数据构造主动配电网碳排放流的计算矩阵和向量，具体包括: 2-1)支路潮流流入分布矩阵的构造: 支路潮流流入分布矩阵Pb= (Pu) NXN，矩阵Pb中的元素为pu，矩阵行数和列数为N行N列；构造方法为:若节点i与节点j，(i, j=l, 2，…，N)间有支路相连，i, j=l, 2，…，N ;且经此支路从节点i到节点j流入该支路的正向有功潮流为P，则Pij=P，Pji=O ;若流经该支路的有功潮流P为反向潮流，则Pij=O, Pji=P ;其它情况下Pij=Pji=O ;且对所有对角元素，有Pii=Oi=I, 2，...，N ;矩阵中元素的单位与有功功率单位相同； 2-2)支路有功网损分布矩阵的构造: 支路潮流流入分布矩阵P1= (Pu)nxn ;构造方法为:若节点i与节点j间有支路相连，i,j=l, 2，…，N ;且经此支路从节点i到节点j流过正向有功潮流，其中有功网损为P，则Pij=P, Pji=O ;若流经该支路的有功潮流为反向潮流，且有功网损为P，则Pij=0，Pji=P ;其它情况下Pij=Pji=O且所有对角元素Pii=O ;矩阵中元素的单位与有功功率单位相同； 2-3)电源潮流注入矩阵的构造: 电源潮流注入矩阵Pe= (Pu)kxn ;构造方法为:若第k台电源接入非电源节点j，k=l, 2，…，K，j=l, 2，…，N ;且从此电源注入节点j的有功潮流为P，则pkj=p，否则Pkj=O ;矩阵中元素单位与有功潮流单位相同； 2-4)系统电源碳势向量的构造: 系统电源碳势向量Ee为K维列向量；构造方法为:第k, k=l, 2，...，K个元素为主动配电网中第k个电源的电源碳势；系统电源碳势向量中的元素作为系统边界条件数据从外部输入；各向量兀素单位与发电碳排放强度相同； 作为等效电源的配电变压器的电源碳势为已知条件，从外部输入；分布式光伏和风电的电源碳势为0kgC02/kWh ;分布式燃气电源的电源碳势根据其使用燃料的特性及其发电效率，计算方法如下:
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3)对主动配电网中的零通量节点进行识别和删除具体方法为: 根据步骤2)中构造的系统 节点通量矩阵，判断该矩阵的行列式是否为零；若行列式不为零，则主动配电网中不存在零通量节点；若行列式为零，则主动配电网中存在至少一个零通量节点；扫描其对角零元素，并将其对应的节点及与其相连的支路从主动配电网拓扑中删去；再根据更新后的主动配电网拓扑结构重新执行步骤2)，重新构造所有计算矩阵，再检验系统节点通量矩阵，直至节点通量矩阵的行列式不为零。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括: 5-1)对处在主动配电网中第i个用户节点，i=l，2，…，M，其在t时段的用电碳排放量的方法如下: F1-t = e1-t.Pi_t 上式中，Fi_t，ei_t和Pi_t分别为主动配电网中第i个用户节点在时段t内的用电碳排放量，用户节点碳势以及用电有功负荷；若P为在该节点充电的电动汽车负荷，则相应的用电碳排放量即为电动汽车充电碳排放量； 5-2)计算多时间段内主动配电网用户的用电碳排放量:将每时间段的系统碳排放流分布求出，再根据每时段的碳排放量求和，具体方法如下:
全文摘要
本发明涉及基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法，属于低碳电力及电力系统运行测量技术领域。该方法包括从电网数据库录入主动配电网的拓扑结构、系统参数、运行状态数据，形成基础数据库；从基础数据库中选取数据构造主动配电网碳排放流的计算矩阵和向量；判断和去除主动配电网中影响碳排放流求解可行性的零通量节点；用所构造的矩阵和向量求解主动配电网中各非电源节点在各时段的节点碳势；根据求得的主动配电网中各用户节点的碳势计算各节点的用户在各时间段的用电碳排放量，进而完成对单时间段和多时间段内用户用电碳排放量的测量。本方法将碳排放流理论应用于主动配电网中，从而对用户用电的碳排放实现可观和可测。
文档编号G06Q50/06GK103218690SQ20131014367
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者周天睿, 康重庆, 陈启鑫, 辛建波, 夏清, 范瑞祥, 郑蜀江 申请人:清华大学