一种电力系统的间接碳排放精细化核算方法及系统

1.本发明属于电力系统分析技术领域，尤其涉及一种电力系统的间接碳排放精细化核算方法及系统。


背景技术：

2.传统电力系统中，对于碳排放的计量主要在发电侧进行，这种基于源侧的计算方法时间尺度跨度大、系统空间范围过于宏观，只能给出碳排放总量，无法有效辨识源、网、荷各环节的碳排放细节。
3.对于以新能源为主体的新型电力系统碳排放的计量与核算，一方面系统中的电源类型愈发丰富，需要针对不同类型电源和储能等建立对应的碳排放计量方法。另一方面，发电侧的碳排放主要由用户侧的电能消费产生，在基于源侧的碳计量模式下，不同用户用电行为导致的碳排放难以准确计算，无法量化不同用户用电行为差异对于新型电力系统碳排放的影响，且区域间电力交换带来的碳排放责任缺乏准确的分摊依据，难以精确追踪新型电力系统附加在能量流上的碳排放流，从而导致能量消费、电力交换中的间接碳排放责任不明。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电力系统的间接碳排放精细化核算方法及系统，用于至少解决难以精确追踪新型电力系统附加在能量流上的碳排放流的技术问题。
5.第一方面，本发明提供一种电力系统的间接碳排放精细化核算方法，包括：根据节点平均的碳流混合原则确定节点的节点碳排放因子，其中所述节点碳排放因子为节点消费单位电量对应的间接碳排放量；根据所述节点碳排放因子确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度；根据所述线路碳流密度计算所述节点的储能碳排放量，其中计算所述节点的储能碳排放量具体为：对于节点的储能充电过程，基于单位时间周期内节点的储能注入碳排放量以及单位时间内节点的储能注入电能量计算节点的储能存储电量碳排放因子，其中计算节点的储能存储电量碳排放因子的表达式为：，式中，为节点i的储能存储电量碳排放因子，为单位时间周期内节点i的储能注入碳排放量，为单位时间周期内节点i的储能注入电能量，为与节点i相连接的线路k的线路碳流密度，为与节点i相连的线路k的流出潮流功率，为单位时间周期，为节点i的储能充放电效率;对于节点的储能放电过程，基于节点的储能存储电量碳排放因子计算单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量，其中计算单位时间周期内节点的
储能放电流出的等效碳排放总量的表达式为：，式中，为单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量，为单位时间周期内节点i的储能总放电量；计算在完成储能充放电后单位时间周期内节点的储能存储总电量和单位时间周期内节点的总碳排放量。
6.第二方面，本发明提供一种电力系统的间接碳排放精细化核算系统，包括：第一确定模块，配置为根据节点平均的碳流混合原则确定节点的节点碳排放因子，其中所述节点碳排放因子为节点消费单位电量对应的间接碳排放量；第二确定模块，配置为根据所述节点碳排放因子确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度；计算模块，配置为根据所述线路碳流密度计算所述节点的储能碳排放量，其中计算所述节点的储能碳排放量具体为：对于节点的储能充电过程，基于单位时间周期内节点的储能注入碳排放量以及单位时间内节点的储能注入电能量计算节点的储能存储电量碳排放因子，其中计算节点的储能存储电量碳排放因子的表达式为：，式中，为节点i的储能存储电量碳排放因子，为单位时间周期内节点i的储能注入碳排放量，为单位时间周期内节点i的储能注入电能量，为节点i对应的线路k的线路碳流密度，为与节点i相连的线路k的流出潮流功率，为单位时间周期，为节点i的储能充放电效率;对于节点的储能放电过程，基于节点的储能存储电量碳排放因子计算单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量，其中计算单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量的表达式为：，式中，为单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量，为单位时间周期内节点i的储能总放电量；计算在完成储能充放电后单位时间周期内节点的储能存储总电量和单位时间周期内节点的总碳排放量。
7.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的电力系统的间接碳排放精细化核算方法的步骤。
8.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的电力系统的间接碳排放精细化核算方法的步骤。
9.本技术的电力系统的间接碳排放精细化核算方法及系统，具有以下有益效果：1、通过节点碳排放因子、支路碳流密度等关键参数指标描述电力系统碳排放流，
从而精确辨识新型电力系统源、网、荷、储各环节的碳排放细节；2、考虑了新型电力系统电力交换在区域内与区域间产生的空间耦合，一方面对区域内电力交换建立“节点平均”的碳流混合原则，可用于计算区域内各节点碳排放因子；另一方面对于区域间电力交换建立“区域平均”的碳流混合原则，将新型电力系统中的电力节点进行区域聚合，计量区域间电力交换引起的碳排放转移，可用于计算区域碳排放因子，从而合理分摊区域电力交换中的碳排放责任，确保区域内外电力系统间接碳排放计量的统一，实现电力系统间接碳排放计量过程中公平与效率的统一；3、可以采集各级电网电力潮流信息，核算节点碳排放因子和各级区域碳排放因子，并将相关信息和核算结果逐级上传，用于各级职能部门对地区碳排放因子的统计、分析与管理，有利于厘清区域内、区域间能量消费和电力交换中的间接碳排放责任，具有很高的应用价值。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明一实施例提供的一种电力系统的间接碳排放精细化核算方法的流程图；图2为本发明一具体实施例提供的区级电网潮流结果示意图；图3为本发明一具体实施例提供的区级电网碳排放流核算结果示意图；图4为本发明一具体实施例提供的市级电网潮流和碳排放流核算结果示意图；图5为本发明一具体实施例提供的省级电网潮流和碳排放流核算结果示意图；图6为本发明一实施例提供的一种电力系统的间接碳排放精细化核算系统的结构框图；图7是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
12.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.请参阅图1，其示出了本技术的一种电力系统的间接碳排放精细化核算方法的流程图。
14.如图1所示，电力系统的间接碳排放精细化核算方法具体包括以下步骤：步骤s101，根据节点平均的碳流混合原则确定节点的节点碳排放因子，其中所述节点碳排放因子为节点消费单位电量对应的间接碳排放量。
15.在本实施例中，依据节点平均的碳流混合原则，即流入节点的所有碳排放在节点处进行混合后，首先满足本节点负荷，然后再随流出潮流向下一级线路流动，确定节点碳排
放因子，即在节点消费单位电量对应的间接碳排放，其中计算节点碳排放因子的表达式为：，式中，为节点i的节点碳排放因子，为流入节点i的等效碳排放总量，为流出节点i的总电量，为节点集合，为节点i相对应的火电厂直接碳排放量，为节点i相对应的可再生能源电厂直接碳排放量，为与节点i相连的线路k的注入潮流的间接碳排放量，为节点i的注入线路集合，为节点i的负荷，为与节点i相连的线路k的流出潮流功率，为节点i的流出线路集合。
16.步骤s102，根据所述节点碳排放因子确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度。
17.在本实施例中，依据公平性原则，即所述节点的流出线路的碳流密度等于所述节点的节点碳排放因子，确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度：线路流过单位电量对应的间接碳排放；其中计算线路碳流密度的表达式为：，式中，为与节点i相连接的线路k的线路碳流密度，为节点i的节点碳排放因子，为节点i的流出线路集合。
18.步骤s103，根据所述线路碳流密度计算所述节点的储能碳排放量。
19.在本实施例中，对于节点的储能充电过程，基于单位时间周期内节点的储能注入碳排放量以及单位时间内节点的储能注入电能量计算节点的储能存储电量碳排放因子，其中计算节点的储能存储电量碳排放因子的表达式为：，式中，为节点i的储能存储电量碳排放因子，为单位时间周期内节点i的储能注入碳排放量，为单位时间周期内节点i的储能注入电能量，为与节点i相连接的线路k的线路碳流密度，为与节点i相连的线路k的流出潮流功率，为单位时间周期，为节点i的储能充放电效率;对于节点的储能放电过程，基于节点的储能存储电量碳排放因子计算单位时间周
期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量，其中计算单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量的表达式为：，式中，为单位时间周期内节点i的储能放电流出的等效碳排放总量，为单位时间周期内节点i的储能总放电量；计算在完成储能充放电后单位时间周期内节点的储能存储总电量和单位时间周期内节点的总碳排放量，其中，计算在完成储能充放电后单位时间周期内节点的储能存储总电量和单位时间周期内节点的总碳排放量的表达式为：，式中，为当前t+1时刻节点i的储能存储总电量，为当前t时刻节点i的储能存储总电量，为控制储能充电的二进制变量，为控制储能放电的二进制变量，为当前t+1时刻节点i的储能存储总碳排放量，为当前t时刻节点i的储能存储总碳排放量，为当前t时刻节点i的储能注入电能量，为当前t时刻节点i的储能总放电量，为当前t时刻节点i的储能注入碳排放量，为当前t时刻节点i的储能放电流出的等效碳排放总量。
20.综上，本技术的方法，同于以往的电力系统碳排放统计与分析方法，从时间角度上，提出的方法能够计及多类型电源以及储能，可以有效分析出电网间接碳排放因子在不同时段随着可再生能源和储能出力而变化的趋势。从空间角度上，提出的方法可以辅助厘清区域内能量消费和电力交换中的间接碳排放责任，具有显著的创新性和良好的应用价值。
21.在一些可选的实施例中，根据区域平均的碳流混合原则确定电网区域的区域碳排放因子，其中所述区域碳排放因子为电网区域消费单位电量对应的间接碳排放量；根据所述区域碳排放因子计算所述电网区域的储能碳排放量。
22.需要说明的是，计算所述区域碳排放因子的表达式为：，式中，为区域r的电网区域碳排放因子，为流入区域的等效碳排放总量，
为流出区域的总电量，为电网区域集合，为区域r内节点i上的火电厂直接碳排放量，为区域r内节点i上的可再生能源电厂直接碳排放量，为与区域r相连的线路k的注入潮流的间接碳排放量，为区域的注入线路集合， 为区域内的节点集合，为与区域r相连的线路k的流出潮流功率，为区域的流出线路集合，为节点i的负荷。
23.本实施例的方法，对于区域间电力交换建立“区域平均”的碳流混合原则，将新型电力系统中的电力节点进行区域聚合，计量区域间电力交换引起的碳排放转移，可用于计算区域碳排放因子，从而合理分摊区域电力交换中的碳排放责任，确保区域内外电力系统间接碳排放计量的统一，实现电力系统间接碳排放计量过程中公平与效率的统一。
24.在本技术的方法基础上，本技术还可以提供一种实现上述两种原则下新型电力系统间接碳排放精细化核算的计量和管理系统，具体为：计量和管理系统为一个分层分级结构的系统，纵向按运行平台分为管理层、信息层和物理层，横向按行政区划范围分为省级、市级和区级；物理层包括省级、市级和区级三级电网结构。省级电网由若干市级电网构成，市级电网由若干区级电网构成，各级电网互联为电力潮流和碳排放流提供了物理支撑；信息层包括与物理层相对应的省级、市级和区级三级计算和通信服务器结构。计算和通信服务器用于电力潮流信息的采集与计量，以及节点碳排放因子和区域碳排放因子的核算，将相关信息和核算结果逐级上传；管理层包括省级、市级和区级管理平台，各级管理平台的数据来源于信息层各级计算和通信服务器，用于各级碳排放因子的统计、分析与管理，从而厘清区域内、区域间能量消费和电力交换中的间接碳排放责任。
25.在一个具体实施例中，基于1个5节点省级电力系统，依据“节点平均”的碳流混合原则，计算得到区级电网潮流和碳排放流核算结果，如图2-图3所示。当某一节点仅由清洁能源机组供电时，其碳排因子为0，从同一节点流出的线路，其碳流密度均等于该节点碳排放因子。可以看到，节点a、节点c、节点d、节点e的碳排放因子分别为0.6243 、0.4725、0.3366、0.4725，其余节点的碳排放因子均为0。由此，可以进一步计算所有线路上的碳排放流，并最终得到所有节点上的用电碳排放。
26.依据“区域平均”的碳流混合原则，计算得到市级和省级电网潮流和碳排放流核算结果，如图4和图5所示。从图4可以看到，先对城市x和城市y电网内所有发电机组的碳排放进行混合，再考虑碳排放流动，计算得到各城市的平均用电碳排放因子分别为0.3254 和0.3446。从图5可以看到，对全省所有发电机组碳排放进行混合，从而计算得到全省平均用电碳排放因子0.3388。
27.请参阅图6，其示出了本技术的一种电力系统的间接碳排放精细化核算系统的结构框图。
28.如图6所示，间接碳排放精细化核算系统200，包括第一确定模块210、第二确定模块220以及计算模块230。
29.其中，第一确定模块210，配置为根据节点平均的碳流混合原则确定节点的节点碳排放因子，其中所述节点碳排放因子为节点消费单位电量对应的间接碳排放量；第二确定模块220，配置为根据所述节点碳排放因子确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度；计算模块230，配置为根据所述线路碳流密度计算所述节点的储能碳排放量，其中计算所述节点的储能碳排放量具体为：对于节点的储能充电过程，基于单位时间周期内节点的储能注入碳排放量以及单位时间内节点的储能注入电能量计算节点的储能存储电量碳排放因子，其中计算节点的储能存储电量碳排放因子的表达式为：，式中，为节点i的储能存储电量碳排放因子，为单位时间周期内节点i的储能注入碳排放量，为单位时间周期内节点i的储能注入电能量，为节点i对应的线路k的线路碳流密度，为与节点i相连的线路k的流出潮流功率，为单位时间周期，为节点i的储能充放电效率;对于节点的储能放电过程，基于节点的储能存储电量碳排放因子计算单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量，其中计算单位时间周期内节点的储能放电流出的等效碳排放总量的表达式为：，式中，为单位时间周期内节点i的储能放电流出的等效碳排放总量，为单位时间周期内节点i的储能总放电量；计算在完成储能充放电后单位时间周期内节点的储能存储总电量和单位时间周期内节点的总碳排放量。
30.应当理解，图6中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图6中的诸模块，在此不再赘述。
31.值得注意的是，本公开的实施例中的模块并不用于限制本公开的方案，例如判断模块可以描述为当设备处于交互状态时，判断交互状态是否包含手术器械信息的模块。另外，还可以通过硬件处理器来实现相关功能模块，例如判断模块也可以用处理器实现，在此不再赘述。
32.在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的电力系统的间接碳排放精细化核算方法；作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：根据节点平均的碳流混合原则确定节点的节点碳排放因子，其中所述节点碳排放因子为节点消费单位电量对应的间接碳排放量；根据所述节点碳排放因子确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度；
根据所述线路碳流密度计算所述节点的储能碳排放量。
33.计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电力系统的间接碳排放精细化核算系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电力系统的间接碳排放精细化核算系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
34.图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例电力系统的间接碳排放精细化核算方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与电力系统的间接碳排放精细化核算系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
35.上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
36.作为一种实施方式，上述电子设备应用于电力系统的间接碳排放精细化核算系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：根据节点平均的碳流混合原则确定节点的节点碳排放因子，其中所述节点碳排放因子为节点消费单位电量对应的间接碳排放量；根据所述节点碳排放因子确定与所述节点相连接的线路的线路碳流密度；根据所述线路碳流密度计算所述节点的储能碳排放量。
37.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。