考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法及设备与流程

本发明属于电力系统碳排放，尤其涉及考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法及设备。

背景技术：

1、近年来，全球气候变化对各国的影响愈发严重。电力在能源消费和碳排放中扮演着关键角色。在低碳电力领域，电力系统碳排放的计量分析是基础性工作。国际温室气体核算体系中将碳排放划分为直接碳排放和间接碳排放。计量直接碳排放的方法包含燃料排放因子法、物料平衡法和实测法，其中燃料排放因子法因具有简单直观、可操作性强、适用范围广等优点，得到较为广泛的应用。计量间接碳排放的方法包含电网平均因子法、灵敏度分析、合作博弈法、碳排放流追踪法，其中碳排放流追踪法因能够清晰、客观展现碳排放责任的转移过程，得到广泛应用。

2、目前，基于电力系统碳排放流追踪法，提出的电力系统碳排放的计量分析方法较多，但现有技术大多从传统潮流追踪方法出发，需要大量公式推导及矩阵求逆计算，或者未考虑网损产生的碳排放，或者通过增加虚拟负荷节点的方式进行无损化处理，需要繁杂的网络参数修正过程，使网络矩阵的阶数及计算量增大，降低了计算效率。因此，本发明提出了一种考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放的计量方法，从而计量网侧输配电网损以及荷侧用户用电产生的碳排放。

技术实现思路

1、本发明提出了一种考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放的计量方法，从而计量网侧输配电网损以及荷侧用户用电产生的碳排放。首先，提出广度优先搜索算法对电力系统供电路径进行深入地路径解析，搜索源荷间的支路链集，明确每条支路上流动功率的来源和去向；其次，提出计及网损的复功率潮流追踪方法，定义发电机贡献因子和支路贡献因子，得到紧邻支路链给节点的贡献份额，计算电源对负荷的贡献因子矩阵；最后，建立碳流追踪模型，基于贡献因子矩阵计算节点碳排放因子，从而获得负荷及网损所承担的碳排放。碳流追踪结果可为各区域间减排责任的划分提供依据，同时为低碳电力调度提供新的参考。

2、本发明提供考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法，如图1所示，包括以下步骤：

3、步骤1.获取系统已收敛的潮流计算结果及网络拓扑参数，进行网络无损化处理并更新系统潮流数据及网络拓扑；

4、步骤2.基于广度优先搜索算法搜索源荷之间的支路链集；

5、步骤3.建立复功率潮流追踪方法，定义发电机贡献因子及支路贡献因子，通过已得的支路链集及支路贡献因子求取节点紧邻支路链给该节点的贡献份额，从而根据发电机贡献因子及支路链贡献份额得到电源对负荷的贡献因子矩阵。

6、步骤4.构建碳流追踪模型，根据贡献因子矩阵获得全网络节点碳排放因子，进而获得网侧输配电网损以及荷侧用户用电产生的碳排放。

7、根据本发明提供的考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法，实现步骤1包括以下具体步骤：

8、步骤1.1获取系统已收敛的潮流计算结果及网络拓扑参数，包括节点向量、支路向量、发电机功率向量、节点总注入功率向量、实际负荷功率向量、支路首端功率向量、支路末端功率向量、支路功率损耗向量：

9、n＝[1,2,...,k,...,n]t

10、f＝[1,2,...,p,...,m]t

11、sg＝[sg,1,sg,2,...,sg,k,...,sg,n]t

12、sn＝[sn,1,sn,2,...,sn,k,...,sn,n]t

13、sl＝[sl,1,sl,2,...,sl,k,...,sl,n]t

14、

15、

16、

17、其中，n、f、sg、sn、sl、分别为电力系统原有损网络的节点向量、支路向量、发电机功率向量、节点总注入功率向量、实际负荷功率向量、支路首端功率向量、支路末端功率向量、支路功率损耗向量；n为为电力系统原有损网络节点数，m为电力系统原有损网络支路数；sg,k为电力系统节点k的发电机功率，sn,k为电力系统节点k的总注入功率，sl,k为电力系统节点k的实际负荷功率，为电力系统第p条支路的流入功率，为电力系统第p条支路的流出功率，为电力系统第p条支路的功率损耗；t为数学符号，表示取向量、矩阵的转置。

18、步骤1.2进行网络无损化处理并更新系统潮流数据及网络拓扑，如图2所示，将支路ij的功率损耗等效移植到其上游节点i，作为节点i的等值负荷，支路ij的潮流大小和方向取原来线路末端的潮流大小和方向。无损化处理后的系统节点数和支路数保持不变，仅增加等值负荷数量。求取电力系统无损化处理后的节点等值负荷向量、支路功率向量：

19、

20、

21、

22、其中，为支路损耗功率等效至线路首端的等值负荷向量，为电力系统第k个节点的等值负荷，为紧邻节点i的下游支路中的线损的合并值，di是节点i的下游节点集合，∈为数学符号，表示某元素属于某集合；sf为电力系统无损化处理后的支路功率向量，为第p条支路的流出功率。

23、根据本发明提供的考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法，实现步骤2包括以下具体步骤：

24、基于广度优先搜索算法搜索源荷之间的支路链集，用邻接矩阵d来描述节点之间的相邻关系，一个邻接矩阵仅代表一种网络拓扑，d是一个n阶方阵，其行和列均对应于节点，其中，i节点为j节点的上游节点。

25、d＝[dij]

26、

27、基于系统邻接矩阵d，如图3(a)、图3(b)所示，利用广度优先搜索算法从起始节点开始呈辐射状地向外层层扩展搜索，首先访问所有与起始节点相邻的节点，然后逐层向外搜索直到找到目标节点，并将搜索结果以支路链集的形式存储。

28、根据本发明提供的考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法，实现步骤3包括以下具体步骤：

29、基于复功率的潮流追踪方法，以发电机和支路功率对负荷功率的贡献入手，定义发电机贡献因子以及支路贡献因子，令l为源荷间相应的支路链集，设t1,t2,…,tmax为其中任意一条支路链t上的支路序列，获得节点紧邻支路链给该节点的贡献份额，进而计算电源给负荷的贡献因子，并形成矩阵化描述，最后得到电源提供给实际负荷及等值负荷的功率：

30、

31、

32、

33、

34、

35、

36、s′g＝diag(sg,1,sg,2,…,sg,k,…sg,n)

37、s'n＝diag(sn,1,sn,2,…,sn,k,…sn,n)

38、

39、

40、其中，复功率潮流追踪方法的核心思想是复比例共享原则，si,in-j,out表征sj,out中来自si,in的功率，si,in为为注入节点n的第i条线路复功率，sj,out流出节点n的第j条线路复功率，sn,n为节点n总注入功率；gc,k、bc,i分别为发电机贡献因子和支路贡献因子，sg,k为节点k发电机功率(mva)，sn,k为节点k总注入功率(mva),sl,i为上游支路i的功率(mva),sn,j为上游支路i对应的下游节点j的总注入功率(mva)；b′c,l为节点紧邻支路链给该节点的贡献份额，为任一支路链中的支路元素对应的支路贡献因子；为电源对负荷的贡献因子，k、s′g、s'n分别为贡献因子矩阵、发电机功率矩阵、节点总汇入功率矩阵；gc、b′c分别为gc,k及b′c,l的矩阵形式；(·)-1为数学符号，表示对矩阵求逆；diag(x)表示以x为对角线元素构造一个对角矩阵；分别为发电机给任一节点f的实际负荷及等值负荷提供的功率，sl,f、分别为实际负荷量及等值负荷量；为数学求和函数，表示对括号内的表达式取不同的i求出结果，再将这些结果进行求和运算，为数学连乘符号，表示对括号内的表达式取不同的x求出结果，再将这些结果进行连乘运算，∈为数学符号，表示某元素属于某集合。

41、根据本发明提供的考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法，实现步骤4包括以下具体步骤：

42、定义发电机碳排放强度向量，基于复功率逆流追踪方法中得到发电机对各节点提供的功率，计算系统节点碳排放因子，进而求得实际负荷及等值负荷所应承担的碳排放，等值负荷碳排放即为网损碳排放，并依据碳排放流理论节点碳势与其潮流流出支路集的碳流密度存在相等关系，获得系统支路碳流密度，进而求得支路碳流率。

43、

44、

45、el,f＝en,f·re(slf)

46、

47、ρ＝m·en

48、

49、rb＝diag(re(sline))·ρ

50、其中，eg,i为发电机i的碳排放强度(tco2/mwh)，其中i＝1,2…k为系统发电机节点个数，为常规化石燃料类型发电厂集合，为可再生能源发电厂集合，gi为常规化石燃料发电厂二氧化碳排放系数；en,f为任一节点f的节点碳排放因子(tco2/mwh)，snf、snf,i分别为节点f的总注入功率和第i台发电机提供给节点f的功率(mva)，在上文基于复功率的潮流追踪方法中已得出，k为系统总发电机数，re为数学符号，表示取复数的实数部分，为数学求和函数，表示对括号内的表达式取不同的i求出结果，再将这些结果进行求和运算；el,f、eloss,f分别为任一节点f的实际负荷和等值负荷所需承担的碳排放，ρ为支路碳流密度，m为碳流邻接矩阵，mij表示碳流邻接矩阵中的元素，re(sj+)表示由节点j指向支路i另一节点的正向功率，en为系统节点碳排放因子向量；rb为支路碳流率，sline为线路功率，diag(x)表示以x为对角线元素构造一个对角矩阵。

51、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法。

52、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法。

53、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述考虑供电路径的碳流追踪对用户侧碳排放计量方法。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以碳排放流基本理论为基础，针对现有网络无损化的处理方法进行了适应性的改进使其保留原有网络拓扑，避免繁杂的网络参数修正过程。基于处理后的无损网络，在考虑系统供电路径的情况下，利用广度优先搜索算法搜索源荷之间的供电路径并存储，并提出复功率潮流追踪方法，进而构建碳流追踪模型，从而实现网侧输配电网损以及荷侧用户用电产生的碳排放的计量。相比于现有的碳流追踪方法，本方法将网损等效移植到线路首端作为等值负荷，无损化处理后的系统节点数和支路数保持不变，仅增加等值负荷数量，避免了以往研究中繁杂的网络参数修正过程；从供电路径角度出发，提出广度优先搜索算法快速搜索源荷之间的支路链集，明确每条支路上流动功率的来源和去向；提出贡献因子矩阵进行碳流追踪快速实现负荷及网损碳排放计量。本方法在计及网损的情况下对用户侧碳排放进行计量，无需大量公式推导、矩阵求逆计算，极大提高了计算效率，所得网损及负荷碳排结果对低碳优化调度的研究具有指导意义。