一种含源配电系统碳排放确定方法与系统与流程

1.本发明属于电力配电技术领域，特别是涉及一种含源配电系统碳排放确定方法与系统。


背景技术：

2.随着经济的飞速发展，对化石能源的消耗也在急速增长，化石能源消耗过程中产生了大量的温室气体。温室气体的排放量的持续增加带来了明显的环境与能源问题。如何开发可再生能源、减小能耗过程中的碳排放量、实现长期持续发展是学者积极探索、努力解决的课题。电力行业发电主要依赖于利用煤炭燃烧所产生的热能，高碳型的能源结构使电力行业成为了碳排放水平最高的部门之一。因此，在保持社会经济持续稳定增长的情况下，如何提高发电耗能中清洁能源比例，如何降低整个电力系统碳排放强度，成为了电力行业目前不得不面对并解决的问题。分布式电源具有清洁高效、安全可靠、灵活经济等优点，在低碳电力快速发展的情况下，可利用清洁能源发电的分布式电源受到了越来越多的认可并已得到了广泛的应用。
3.然而，传统的碳排放量计算方法，是根据统计整个电力系统的总耗电量所对应的能源消耗，进而粗略计算所对应的碳排放量的。按现有方法，只能得到的大致的碳排放量，不利于精准的为各地区的低碳发展提供指导与思路。因此急需提出一种科学的电力系统碳排放分析计算方法，为未来低碳技术的发展工作提供思路和帮助。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种含源配电系统碳排放确定方法，包括：
5.基于获取的预设时长内的含源配电系统各时刻的基础数据，计算各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度；
6.基于所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，和含源配电系统各时刻的基础数据，得到各时刻的含源配电系统总碳流率；
7.通过对所述各时刻的含源配电系统总碳流率进行积分，得到预设时长内含源配电系统的碳排放量。
8.优选的，含源配电系统的基础数据包括：发电机组注入功率、分布式电源注入功率、负荷功率和网络损耗。
9.优选的，所述各时刻的含源配电系统总碳流率的计算式如下：
[0010][0011]
式中，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率，ρ
t
为t时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，n为含源配电系统中的总节点数量，rj(t)为t时刻的含源配电系统中第j个节点的负荷功率，n(t)为t时刻的含源配电系统的网络损耗。
[0012]
优选的，所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，按下式计算：
[0013][0014]
式中，ρ
t
为t时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，x为含源配电系统中发电机组总数，θ
it
为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组的碳排放强度，η
it
为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占比；
[0015]
其中，所述t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占比，按下式计算：
[0016][0017]
式中，gi(t)为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率，m为含源配电系统中分布式电源总数，d
gk
(t)为t时刻的含源配电系统中第k个分布式电源注入功率。
[0018]
优选的，所述预设时长内含源配电系统的碳排放量，按下式计算：
[0019][0020]
式中，f为预设时长内含源配电系统的碳排放量，t为预设时长，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率。
[0021]
基于同一发明构思，本发明还提供了一种含源配电系统碳排放确定系统，包括：碳流密度计算模块、总碳流密度模块和碳排放量模块；
[0022]
所述碳流密度计算模块，用于基于获取的预设时长内的含源配电系统各时刻的基础数据，计算各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度；
[0023]
所述总碳流密度模块，用于基于所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，和含源配电系统各时刻的基础数据，得到各时刻的含源配电系统总碳流率；
[0024]
所述碳排放量模块，用于通过对所述各时刻的含源配电系统总碳流率进行积分，得到预设时长内含源配电系统的碳排放量。
[0025]
优选的，含源配电系统的基础数据包括：发电机组注入功率、分布式电源注入功率、负荷功率和网络损耗。
[0026]
优选的，所述各时刻的含源配电系统总碳流率的计算式如下：
[0027][0028]
式中，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率，ρ
t
为t时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，n为含源配电系统中的总节点数量，rj(t)为t时刻的含源配电系统中第j个节点的负荷功率，n(t)为t时刻的含源配电系统的网络损耗。
[0029]
优选的，所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，按下式计算：
[0030][0031]
式中，ρ
t
为t时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，x为含源配电系统中发电机组总数，θ
it
为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组的碳排放强度，η
it
为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占比；
[0032]
其中，所述t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占
比，按下式计算：
[0033][0034]
式中，gi(t)为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率，m为含源配电系统中分布式电源总数，d
gk
(t)为t时刻的含源配电系统中第k个分布式电源注入功率。
[0035]
优选的，所述预设时长内含源配电系统的碳排放量，按下式计算：
[0036][0037]
式中，f为预设时长内含源配电系统的碳排放量，t为预设时长，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率。
[0038]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0039]
本发明提供了一种含源配电系统碳排放确定方法与系统，包括：基于获取的预设时长内的含源配电系统各时刻的基础数据，计算各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度；基于所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，和含源配电系统各时刻的基础数据，得到各时刻的含源配电系统总碳流率；通过对所述各时刻的含源配电系统总碳流率进行积分，得到预设时长内含源配电系统的碳排放量；本发明采用“碳排放流”理论计算含源配电系统中的碳排放量，能够得到更加精确碳排放量。
[0040]
利用本发明提供的方法和系统，可以精准的为各地区的低碳发展提供指导与思路。
附图说明
[0041]
图1为本发明提供的一种含源配电系统碳排放确定方法流程示意图；
[0042]
图2为本发明提供的一个含源配电系统碳排放确定方法实施例的计算流程示意图；
[0043]
图3为本发明提供的一个含源配电系统碳排放确定方法实施例的ieee-33节点配电系统接线图；
[0044]
图4为本发明提供的一个含源配电系统碳排放确定方法实施例的场景1情况下系统24小时碳排放曲线图；
[0045]
图5为本发明提供的一个含源配电系统碳排放确定方法实施例的场景2与场景3情况下系统24小时碳排放曲线对比图；
[0046]
图6为本发明提供的一种含源配电系统碳排放确定系统的基本结构示意图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0048]
实施例1：
[0049]
本发明提供的一种含源配电系统碳排放确定方法，其流程示意图如图1所示，包括：
[0050]
步骤1：基于获取的预设时长内的含源配电系统各时刻的基础数据，计算各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度；
[0051]
步骤2：基于所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，和含源配电系统各时刻的基础数据，得到各时刻的含源配电系统总碳流率；
[0052]
步骤3：通过对所述各时刻的含源配电系统总碳流率进行积分，得到预设时长内含源配电系统的碳排放量。
[0053]
步骤1中含源配电系统的基础数据包括：发电机组注入功率、分布式电源注入功率、负荷功率和网络损耗等。
[0054]
以下为步骤1-步骤3的推导过程：
[0055]
其中，含源配电系统的节点注入碳流的密度，是根据碳流密度的定义及计算方法求得的，计算公式如下：
[0056][0057]
式中，ρ为含源配电系统的节点注入碳流的密度，x为含源配电系统中发电机组总数，θi为含源配电系统中第i组发电机组的碳排放强度，pi为含源配电系统中第i组发电机组注入功率，m为含源配电系统中分布式电源总数，p
dgk
为含源配电系统中第k个分布式电源注入功率；
[0058]
令可得：
[0059][0060]
式中，ηi为含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占比。
[0061]
根据式(2)的碳流密度ρ，求得含源配电系统总碳流率vc(即节点总碳流率)，如下所示：
[0062][0063]
式中，n为含源配电系统中的总节点数量，pj为含源配电系统中第j个节点的负荷功率。
[0064]
在此基础上，考虑配电系统在实际运行环境中的损耗，得到考虑网络损耗的含源配电系统总碳流率计算公式：
[0065][0066]
式中，p
loss
为含源配电系统的网络损耗。
[0067]
引入发电机组注入功率、分布式电源注入功率、负荷功率和网络损耗关于时间的函数，其中发电机组注入功率pi关于时间的函数为：
[0068]
pi＝gi(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0069]
分布式电源注入功率p
dgk
关于时间的函数为：
[0070]
p
dgk
＝d
gk
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0071]
负荷功率pj关于时间的函数为：
[0072]
pj＝rj(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0073]
网络损耗p
loss
关于时间的函数为：
[0074]
p
loss
＝n(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0075]
将式(5)-(8)带入式(2)与式(4)中，得到含源配电系统总碳流率(即节点总碳流率)，如下所示：
[0076][0077]
求取式(9)对时间的积分，得到预设时长内含源配电系统的碳排放量(即节点全天碳足迹)，如下所示：
[0078][0079]
式中，f为预设时长内含源配电系统的碳排放量，t为预设时长，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率。
[0080]
以上各式为含源配电系统的碳排放分析模型。
[0081]
实施例2：
[0082]
本实施例对一种含源配电系统碳排放确定方法的具体实现过程进行介绍，如图2所示，为本发明提供的一个含源配电系统碳排放确定方法实施例的计算流程示意图。本实施例具体包括：
[0083]
步骤1)获取含源配电网中发电端向该配电网的供电量、负荷功率、分布式电源功率、网络损耗等基础数据；
[0084]
在本实例中，ieee-33节点配电网络共有33个节点，32条支路，如图3所示。根据计算需要，各节点电压换算为标幺值以简化处理。系统的功率参数皆换算为基准容量为sb＝1mva的标幺值。节点1为上级电网的接入点，是整个系统的平衡节点，承担着整个配电系统的功率平衡，其他节点皆为pq节点。
[0085]
已知首端基准电压12.66kv、三相功率准值取10mva、网络总负荷为3715 j2300kva。源端向配电网络的输送的电能为60％发电碳排放强度为0.85kgco2/(kw
·
h)的燃煤发电，15％发电碳排放强度为0的水力发电和25％发电碳排放强度为0.5kgco2/(kw
·
h)的燃气发电。
[0086]
ieee-33节点系统各支路阻抗及节点负荷如表1所示：
[0087]
表1 33节点配电系统各支路阻抗及节点负荷
[0088][0089]
步骤2)根据步骤1)中获取的相关数据，根据碳流密度的定义及计算方法求得节点注入碳流的碳流密度；
[0090][0091]
ρ＝0.85
×
60％ 0
×
15％ 0.5
×
25％
[0092]
ρ＝0.635
[0093]
步骤3)根据步骤2)得到的碳流密度，按照式(4)求得节点总碳流率；
[0094]
步骤4)将碳流密度、发电机组注入功率、分布式电源注入功率、负荷功率和网络损耗关于时间的函数分别带入步骤3)得到的碳流率计算公式得到最终总碳流率计算公式；
[0095]
首先需要借助matpower计算得到系统在正常运行状态下各个节点的状态变量与支路潮流情况分别如表2和表3所示：
[0096]
表2系统各节点电压与相角
[0097][0098]
表3系统各支路线损功率
[0099]
[0100][0101]
随后得到各支路线损碳流率、负荷碳流率以及节点碳流率分别如表4、表5和表6所示：
[0102]
表4系统各支路线损碳排放率
[0103][0104]
表5系统各负荷碳排放率
[0105][0106][0107]
表6系统各节点碳排放率
[0108][0109]
步骤5)求步骤4)所得表达式对时间的积分，得到节点全天碳排放量。
[0110]
在本实例中，将步骤5)得到的网损碳排放率和负荷碳排放率对时间进行积分即求和得到了该系统节点总碳排放量为2488.497kg。
[0111]
对于本实施例，为了分析分布式电源接入对系统碳排放量的影响，设置三类场景进行仿真模拟。其中，场景1为基准场景，未接入分布式电源；场景2为在系统节点6、16、31、32处分别接入四个不同的分布式电源；场景3为将四个不同的分布式电源集中后分别接入6、16、31、32四个节点。
[0112]
对于场景2，以接入系统的四个分布式电源在某一时刻的状态为例，节点6接入功率为10kw的光伏发电机，节点16接入470kw的风力发电机，节点31接入功率为190kw的风力发电机，节点32接入功率为10kw的光伏发电机。
[0113]
接入分布式电源后，首先也应借助matpower进行潮流计算，得出系统在各个节点的状态变量与各支路潮流情况。
[0114]
结果如表7、表8所示：
[0115]
表7场景2各节点电压与相角
[0116][0117]
由表7可知，节点16由于接入的分布式电源的功率大于节点自身的负荷，节点得到有功支持后电压的相角明显增大。
[0118]
表8场景2情况下系统各支路线损功率
[0119][0120]
当分布式电源向系统中注入碳流密度为零的碳流时，各节点的节点碳势必然依据比例共享原则而发生改变，所以需要单独计算各节点的节点碳势。计算结果如表9所示：
[0121]
表9场景2各节点碳势
[0122]
[0123]
各支路网络损耗碳排放率、负荷碳排放率以及各节点碳排放率结果分别如表10、表11和表12所示：
[0124]
表10场景2情况下系统各支路线损碳排放率
[0125][0126][0127]
表11场景2情况下系统各负荷碳排放率
[0128]
[0129]
表12场景2情况下系统各节点碳排放率
[0130][0131][0132]
根据上述结果得到该系统在一天24小时内的碳排放量曲线如图4所示。图中横坐标为时间，纵坐标为某时间段内的碳排放量。横坐标为0时，对应的纵坐标为场景1情况下的碳排放量。如图中曲线所示，场景1情况下系统中的碳排放量最高，分布式电源的接入有效的减少了系统中的碳排放量。
[0133]
同样的，为了研究风电与光伏接入不同位置含源配电网碳排放的影响，将四个不同的分布式电源集中后分别接入6、16、31、32四个节点。得到如图5所示的系统在一天24小时中的碳排放量曲线，图中“节点6、节点16、节点31、节点32”，分别是将四个不同的分布式电源集中后分别接入6、16、31、32四个节点的碳排放量曲线，图中“分布”为分布式电源分散配置在不同的节点的碳排放量曲线。从图纸可以看出，分布式电源配置在不同的位置时，分散在不同的节点的碳排放量要小于集中在其中任意一点，且分布式电源放置节点越靠近根节点系统的碳排放量越大。引起碳排放量不同的原因主要在于系统中网络损耗的不同。分析结果显示，分布式电源的要尽量分散在系统中的不同位置，以达到更好的减排效果。
[0134]
本发明提供的一种含源配电系统碳排放确定方法，在电力行业急需实现低碳运行的背景下，建立科学的电力系统碳排放分析计算模型是一项基础性工作，不同于根据统计整个电力系统的总耗电量所对应的能源消耗进而粗略计算所对应的碳排放量的传统方法，本发明采用“碳排放流”理论推导计算含源配电网中的碳排放量，能够更加精确的得到各地区的碳排放量，有利于精准的为各地区的低碳发展提供指导与思路。
[0135]
实施例3：
[0136]
基于同一发明构思，本发明还提供了一种含源配电系统碳排放确定系统，其基本结构示意图如图6所示，包括：碳流密度计算模块、总碳流密度模块和碳排放量模块；
[0137]
所述碳流密度计算模块，用于基于获取的预设时长内的含源配电系统各时刻的基础数据，计算各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度；
[0138]
所述总碳流密度模块，用于基于所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，和含源配电系统各时刻的基础数据，得到各时刻的含源配电系统总碳流率；
[0139]
所述碳排放量模块，用于通过对所述各时刻的含源配电系统总碳流率进行积分，得到预设时长内含源配电系统的碳排放量。
[0140]
含源配电系统的基础数据包括：发电机组注入功率、分布式电源注入功率、负荷功率和网络损耗。
[0141]
所述各时刻的含源配电系统总碳流率的计算式如下：
[0142][0143]
式中，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率，ρ
t
为t时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，n为含源配电系统中的总节点数量，rj(t)为t时刻的含源配电系统中第j个节点的负荷功率，n(t)为t时刻的含源配电系统的网络损耗。
[0144]
所述各时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，按下式计算：
[0145][0146]
式中，ρ
t
为t时刻的含源配电系统的节点注入碳流的密度，x为含源配电系统中发电机组总数，θ
it
为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组的碳排放强度，η
it
为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占比；
[0147]
其中，所述t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率在总注入功率的占比，按下式计算：
[0148][0149]
式中，gi(t)为t时刻的含源配电系统中第i组发电机组注入功率，m为含源配电系统中分布式电源总数，d
gk
(t)为t时刻的含源配电系统中第k个分布式电源注入功率。
[0150]
所述预设时长内含源配电系统的碳排放量，按下式计算：
[0151][0152]
式中，f为预设时长内含源配电系统的碳排放量，t为预设时长，vc(t)为t时刻的含源配电系统总碳流率。
[0153]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0154]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0155]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0156]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0157]
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。