[发明专利]一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统

摘要

本发明涉及一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统，属于电力系统低碳技术领域，该方法包括：确定电力系统碳排放流的基本指标；根据电力网络中的潮流分布、各发电厂的注入功率以及网络的拓扑结构数据，生成相应的初始数据；利用得到的初始数据计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率；从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率。该碳表系统由分散设置在全网各处用于计量碳排放的碳表、中央服务器以及连接各碳表及中央服务器的通讯线路所组成；该碳表分为发电侧碳表、输电网碳表和配电网碳表所组成的网络侧碳表，以及用户侧碳表。本发明实现对电力系统不同主体碳排放量的实时连续计量。

主权项

一种电力系统碳排放实时计量的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：1)确定电力系统碳排放流的基本指标；电力系统碳排放流的基本指标包括节点碳势、碳流率、碳流量以及支路碳流密度，各指标的具体定义分别为：1‑1)节点碳势：节点处产生或传输单位电能所造成的发电侧碳排放量，单位是kgCO2/kWh；节点碳势需要通过电力系统碳排放流计算方法获得；1‑2)碳流率：碳流率的定义为单位时间内流经某个节点或支路的碳排放流，单位是kg CO2/s或t CO2/s；碳流率包括节点碳流率、支路碳流率和网损碳流率，碳流率通过电力系统碳排放流计算方法获得；1‑3)碳流量：碳流量是描述碳流的基本物理量，以表征系统中碳流的大小；其定义为给定时间内与潮流相对应的碳排放的累积量，单位是kg CO2或t CO2；1‑4)支路碳流密度：表示支路传输的单位电量所对应的碳排放量；1‑5)机组碳势：表示发电机发出单位电能所产生的碳排放量，单位是kg CO2/kWh；对于火电机组，机组碳势根据火电厂的实时煤耗数据及运行状态得到；2)根据电力网络中的潮流分布、各发电厂的注入功率以及网络的拓扑结构数据，生成相应的初始数据，初始数据包括：支路潮流分布矩阵、机组注入分布矩阵、节点有功通量矩阵和机组碳势向量；2‑1)支路潮流分布矩阵：支路潮流分布矩阵PB描述电力系统中的有功潮流分布，该矩阵既包含电力网络的拓扑结构信息，又包含系统稳态有功潮流的分布信息；电力系统中，若节点i与节点j间有支路相连，i,j＝1,2,…,N，且经此支路流入节点i的正向有功潮流为p，则PBij＝0，PBji＝p，PBij表示支路潮流分布矩阵PB第i行第j列的元素，PBji表示支路潮流分布矩阵PB第j行第i列的元素；若流经该支路的有功潮流p为反向潮流，则PBij＝p，PBji＝0；其他情况下PBij＝PBji＝0；对所有对角元素，有PBii＝0，i＝1,2,…,N；2‑2)机组注入分布矩阵：机组注入分布矩阵PG描述所有发电机组与电力系统的连接关系以及机组向系统中注入的有功功率，同时也是描述系统中发电机组产生碳排放流的边界条件；机组注入分布矩阵中的第k行第j列的元素元素PGkj具体定义如下：若第k台发电机组接入节点j，且从该机组注入节点j的有功潮流为p，则PGkj＝p，否则PGkj＝0，k＝1,2,…,K；2‑3)节点有功通量矩阵在碳排放流的计算中，节点碳势只受注入潮流的影响，从节点流出的潮流对节点碳势不产生影响；因此，碳排放流的计算只关注考虑潮流方向下流入节点有功潮流的绝对量，称之为节点有功通量PN；节点有功通量矩阵的第i行对角元素元素PNii具体定义如下：对节点i，令I+表示有潮流流入节点i的支路集合，pBs为支路s的有功功率，则有：PNii=Σs∈I+pBs+PGi---(1)]]>式中：PGi为接入节点i机组的有功出力，若该节点无发电机组或机组出力为0，则PGi＝0；该矩阵中所有非对角元素PNij＝0(i≠j)；2‑4)发电厂碳势向量：不同发电厂具有不同的碳势，在碳流计算中为已知条件，组成系统的发电机组碳势向量EG；设第k台发电厂的碳势为eGk，则发电厂碳势向量如式(2)所示，k＝1,2,…,K：EG＝[eG1,eG2,…,eGK]T    (2)3)利用步骤2)得到的初始数据计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率；具体步骤如下：3‑1)计算节点碳势，如式(3)所示：eNi=Σs∈I+PBs·ρs+PGi·eGiΣs∈I+PBs+PGi---(3)]]>式中，I+表示向节点i注入功率的线路集合，PBs表示线路s的有功功率，PGi接入节点i的发电厂的注入有功功率；ρs表示线路s的碳流密度，与线路注入节点的碳势相等；eGi表示接入节点i的发电厂的碳势；将式(3)写成矩阵形式，即得到系统中各节点的碳势如式(4)所示：EN=(PN-PBT)-1·PGT·EG---(4)]]>3‑2)计算网络中的支路碳流率分布以及负荷碳流率；支路碳流率如式(5)所示：RBL＝PBL·eN    (5)式中，RBL为支路碳流率；PBL为支路的有功潮流；eN为支路首端节点的碳势；负荷碳流率如式(6)所示：RBD＝PBD·eN    (6)式中，RBD为负荷碳流率；PBL为负荷的有功功率；eN为负荷所在节点的碳势；4)根据步骤3)的计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率的结果，就得到了整个电力网络中的碳流分布；所述结果可以厘清电网全环节的碳排放责任，得到电力用户的电力消费所对应的碳排放量。