一种基于着色Petri网的电力碳足迹计算方法及装置与流程

一种基于着色petri网的电力碳足迹计算方法及装置
技术领域
1.本发明涉及一种基于着色petri网的电力碳足迹计算方法及装置，属于电力 系统调度自动化技术领域。


背景技术：

2.近年来，化石能源的高消耗导致二氧化碳(carbon dioxide，co2)排放量 也持续增多，随之而来的是一系列的自然环境和生态气候问题，给人类的生存 和发展不断带来挑战，及时关注二氧化碳大量排放带来的不利影响，并且提前 采取应对措施控制co2的排放具有重大现实意义。
3.碳达峰指碳排放达到最高点，之后逐步回落；碳中和指零碳排放，即人为排 放的温室气体和林业碳汇、碳捕捉、自然碳循环等手段吸收的温室气体达到平 衡，而准确的碳排放核算可以量化碳排放的具体情况，掌握不同因素对碳排放 的影响情况，助力实现碳中和目标。
4.目前，碳足迹(carbon footprint,cf)作为核算碳排放量的重要手段，是 研究碳排放的热门内容。cf在工程学、环境科学生态学、科学技术其他主题、 能源燃料、计算机科学和商业经济学等公共领域广泛使用，是一种应对气候变 化的专业术语。现已成为衡量室气体排放的常用方法和重要工具，应用潜力巨 大。碳足迹对于衡量区域的碳排放量具有极强的适用性。电力行业如煤炭发电、 水力发电等应用碳足迹以分析碳排放也越来越多。通过追踪电力系统，在发电 燃烧化石能源的过程中产生的碳排放，到输电、配电、用电全过程的碳排放流， 评估整个电力从生产到用这一全生命周期过程的碳排放足迹，构建碳流动的整 个网络模型，称为电力系统碳足迹，用来描述碳排放量在整个电力系统中的转 移和分摊。
5.然而现在还缺少一种有效的方法，用来追踪电能从产生到传输最后到使用 的整个生命周期的碳足迹动态流动过程。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于着色petri网的电 力碳足迹计算方法及装置，用于追踪电能从产生到传输最后到使用的整个生命 周期的碳足迹动态流动过程。
7.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
8.第一方面，本发明提供了一种基于着色petri网的电力碳足迹计算方法，包 括：
9.基于负荷侧损耗主责和网侧损耗主责评估碳排放程度和流动方向；
10.采用petri网模型进行建模分析，追踪电力系统整个过程中的碳排放强度 和流动方向；
11.建立基于着色petri网的电力碳足迹模型，根据不同的电力碳足迹核算模 型类别和建立的petri网架构，计算获取电力系统中蕴含的碳排放含量。
12.进一步的，所述基于负荷侧损耗主责评估碳排放程度和流动方向，包括：
13.采用ipcc方法，利用碳排放系数求取在发电过程中因化石燃料产生的碳排 放；其中，
14.若是清洁能源发电则不产生碳排放量，电能在传输中产生的损耗及变电站 站内损耗产生的碳排放均由负荷侧承担，此时根据负荷侧用电量的占比来承担 碳排放数量。
15.进一步的，所述基于网侧损耗主责评估碳排放程度和流动方向，包括：
16.采用ipcc方法，利用碳排放系数求取在发电过程中因化石燃料产生的碳排 放；其中，
17.若是清洁能源发电则不产生碳排放量，电能在传输中产生的损耗及变电站 站内损耗产生的碳排放均由网侧承担，首先计算电能传输过程中产生的线损及 碳排放量，然后计算变电站输入侧去除传输线损后一个或多个输入的电能总量， 再计算变电站的站内损耗及碳排放量，最后计算变电站输出总量，并求取变电 站一个或多个输出电能中的碳排放占比。
18.进一步的，所述采用ipcc方法，利用碳排放系数求取在发电过程中因化石燃 料产生的碳排放，公式如下：ei＝w
ifw,i
，其中ei表示某种化石燃料产生的碳排放 量，wi表示化石能源燃烧质量，fw表示对应燃料的碳排放因子。
19.进一步的，所述采用petri网模型进行建模分析，追踪电力系统整个过程 中的碳排放强度和流动方向，包括：
20.建立着色petri网的六元组表达式pn＝(p,t,f,cs,c,m0)，
21.其中,p＝{p1,p2,...,pm}表示库所集，t＝{t1,t2,...,tn}表示变迁集，f表示有向弧 合集，m0:p
→
{0,1,2,....}表示初始标记，cs表示颜色合集，c:p∪t
→cs
表示颜色 函数；
22.采用关联矩阵分析方法，利用关联矩阵与模型间的一一对应关系，建立电 力系统网架的petri模型。
23.进一步的，所述建立基于着色petri网的电力碳足迹模型，根据不同的电 力碳足迹核算模型类别和建立的petri网架构，计算获取电力系统中蕴含的碳 排放含量，包括：
24.利用petri网的四个基本单元，建立电力系统网架着色petri模型；
25.根据建立的电力系统网架着色petri模型，求取每条输电线路碳排放量和 碳足迹，计算负荷侧应承担的碳排放量。
26.进一步的，所述基于着色petri网的电力碳足迹模型中，着色petri网用 令牌表示对象,用令牌的颜色来区分对象的类型，对电力系统的数据结构进行建 模时,使用ml语言对颜色集进行定义,并用颜色集与电力系统的数据结构建立对 应的关系。
27.第二方面，本发明提供一种基于着色petri网的电力碳足迹计算装置，包括：
28.电力系统碳排放管理单元，用于基于负荷侧损耗主责和网侧损耗主责评估 碳排放程度和流动方向；
29.分析单元，用于采用petri网模型进行建模分析，追踪电力系统整个过程 中的碳排放强度和流动方向；
30.计算单元，用于建立基于着色petri网的电力碳足迹模型，根据不同的电 力碳足迹核算模型类别和建立的petri网架构，计算获取电力系统中蕴含的碳 排放含量。
31.第三方面，本发明提供一种基于着色petri网的电力碳足迹计算装置，包括 处理
器及存储介质；
32.所述存储介质用于存储指令；
33.所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的 步骤。
34.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序， 其特征在于：该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
35.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
36.本发明提供一种基于着色petri网的电力碳足迹计算方法及装置，基于负荷 侧损耗主责和基于网侧损耗主责两个类型，提升碳足迹精细管理，采用着色 petri网建立模型，对基础模型的托肯及有向弧进行了扩展，对于含有不同类型 值的token分成不同类别，用不同的颜色表示，解决了基础petri网没有数据 概念的问题，可以将数据纳入网结构的描述中，同时着色petri网的层次化概 念在复杂模型具有明显的优势，建立了各子系统的联系，简化分析模型的复杂 度，petri网作为一种网状信息流模型，具有直观图形表示能力，和严格的数学 逻辑，可合理解释资源和流程之间的关系，因此建立电力系统，发电、输电、 配电、用电全过程的petri网，能很好描述电能从产生到传输最后到使用的整 个生命周期的动态流动过程。
附图说明
37.图1是本发明实施例提供的一种基于着色petri网的电力碳足迹计算方法的 流程图；
38.图2是本发明实施例提供的电力系统petri网模型图；
39.图3是本发明实施例提供的petri网流向图。
具体实施方式
40.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
41.实施例1
42.本实施例介绍一种基于着色petri网的电力碳足迹计算方法，包括：
43.基于负荷侧损耗主责和网侧损耗主责评估碳排放程度和流动方向；
44.采用petri网模型进行建模分析，追踪电力系统整个过程中的碳排放强度 和流动方向；
45.建立基于着色petri网的电力碳足迹模型，根据不同的电力碳足迹核算模 型类别和建立的petri网架构，计算获取电力系统中蕴含的碳排放含量。
46.本实施例提供的基于着色petri网的电力碳足迹计算方法及装置，其应用过 程具体涉及如下步骤：
47.(1)电力碳足迹计算方法
48.采用ipcc方法，利用碳排放系数计算电力系统碳排放量：ei＝w
ifw,i
；
49.其中ei：表示某种化石燃料产生的碳排放量，wi：表示化石能源燃烧质量， fw：表示对应燃料的碳排放因子。
50.表1 ipcc公布的各类常用燃料的碳排放因子
[0051][0052][0053]
基于燃料消耗统计数据碳排放总量的计算公式如下：
[0054][0055]
1)基于负荷侧损耗主责的电力碳足迹计算方法
[0056]
发电厂有多种类型，包括火电、水电、太阳能发电、生物质能发电等，可将 其划分为两类，清洁能源发电(发电过程中没有碳排放的产生)，非清洁能源发 电(发电过程中会产生碳排放)。若发电过程中产生碳排放，计算公式如下所示：
[0057]
p
bi
＝pi；
[0058]ebi
＝ei；
[0059]
其中，p
bi
：表示发电侧输出功率，e
bi
：表示发电侧的碳排放总量。
[0060]
若是清洁能源发电未产生碳排放则e
bi
＝0。
[0061]
基于负荷侧损耗主责，是将电能在传输产生的损耗以及在变电站内的站内供 电损耗所产生的碳排放均由负荷侧也就是用户侧来承担。根据用户使用电能的 多少确定应分摊的碳排放数量，首先计算每度电中所含有的碳排放量。
[0062]
然后根据负荷侧用电量的占比，求取应分摊的碳排放量。
[0063]
由于基于负荷侧损耗主责的方法，忽略了输电线损及变电站站内损耗的碳排 放，计算过程较为粗略，因此提出基于网侧损耗主责的计算方法。
[0064]
2)基于网侧损耗主责的电力系统碳足迹计算方法
[0065]
基于网侧损耗主责，是将电能在传输过程中产生的损耗由电网侧来承担。输 电过程中，由于电能在输电网上输送会不可避免的产生线损，将其纳入碳排放 体系的考虑范围之内，计算公式如下所示：
[0066]
p
li
＝δp
li
＝p
i-p
l
；
[0067][0068]
输电变电站部分，由于存在站内损耗，因此分别考虑输入侧和输出侧的碳排 放量和功率。输入侧可能存在一个或多个输入，计算公式如下：
[0069]
p
ii
＝pi；
[0070][0071]
站内损耗如下所示：
[0072]
ps＝δp
si
＝p
i-ps；
[0073][0074]
输出侧也可能存在一个或多个输出，计算公式如下：
[0075]
p
oi
＝pj；
[0076][0077]
从上至下一层一层传递，最后可计算得出每个用户侧的所使用电能中蕴含的 碳排放量。
[0078]
(2)petri网模型建立
[0079]
在图形描述的基础上，petri网规定了严格的数学定义、执行语义和用于分 析的数学理论,基本形式为一个三元组：
[0080]
pn＝(p,t,f)；
[0081]
其中,p＝{p1,p2,...,pm}表示库所集；
[0082]
t＝{t1,t2,...,tn}表示变迁集；
[0083]
f表示有向弧合集；
[0084]
三元组需要满足的条件如下：
[0085]
(
×
为笛卡尔积)，
[0086]
dom(f)∪cod(f)＝p∪t，
[0087][0088]
dom(f)表示f的定义域，cod(f)为f的值域。
[0089]
可扩展为五元组：
[0090]
pn＝(p,t,f,w,m0)；
[0091]
其中w:f
→
{1,2,3,...}表示权重函数，
[0092]
m0:p
→
{0,1,2,....}表示初始标记。
[0093]
petri网络包括：
[0094]
p＝{p1,p2,...,pm}；
[0095]
t＝{t1,t2,...,tn}；
[0096]
因此关联矩阵可用m行n列的矩阵表示：
[0097]am
×n＝|a
ij
|m×n；
[0098]
其中a
ij
＝a
ij -a
ij-，i＝{1,2,...,m},j＝{1,2,...,n}；
[0099][0100][0101]aij
表示p与所有t之间的关系；a
ij-表示t与所有p之间的关系；
[0102]
纯网范围内p与t之间只有一条弧，不会存在a
ij
为因a
ij
,a
ij-两者相减而抵消 的情况，因此建立的关联矩阵与模型间为一一对应关系。
[0103]
(3)基于petri网的电力碳足迹分析
[0104]
建立基于petri网的电力碳足迹分析模型，模型图如图2所示；
[0105]
petri网作为一种网状信息流模型，具有直观图形表示能力，和严格的数学 逻辑，可合理解释资源和流程之间的关系。因此建立电力系统，发电、输电、 配电、用电全过程的petri网，能很好描述电能从产生到传输最后到使用的整 个生命周期的动态流动过程。petri网的四个基本单元的图形表示如下表所示。
[0106]
表2petri网元素表示及含义
[0107][0108]
简单的petri网流向模型如图3所示；
[0109]
着色petri网用令牌(token)表示对象,用令牌的颜色来区分对象的类型。对 电力系统的数据结构进行建模,就是使用ml语言对颜色集进行定义,并用颜色集 与电力系统的数据结构建立对应的关系。
[0110]
简单颜色集和复合颜色集:简单颜色集是系统预先定义的几种基本颜色集, 包括布尔颜色集、整数颜色集、索引颜色集、枚举颜色集等；
[0111]
复合颜色集是由其他颜色集组合派生出来的颜色集,包括列表颜色集、乘积 颜色集、记录颜色集、并颜色集等。
[0112]
实施例2
[0113]
本实施例提供一种基于着色petri网的电力碳足迹计算装置，包括：
[0114]
电力系统碳排放管理单元，用于基于负荷侧损耗主责和网侧损耗主责评估 碳排放程度和流动方向；
[0115]
分析单元，用于采用petri网模型进行建模分析，追踪电力系统整个过程 中的碳排放强度和流动方向；
[0116]
计算单元，用于建立基于着色petri网的电力碳足迹模型，根据不同的电 力碳足迹核算模型类别和建立的petri网架构，计算获取电力系统中蕴含的碳 排放含量。
[0117]
实施例3
[0118]
本实施例提供一种基于着色petri网的电力碳足迹计算装置，包括处理器及 存储介质；
[0119]
所述存储介质用于存储指令；
[0120]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述 方法的步骤。
[0121]
实施例4
[0122]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征 在于：该程序被处理器执行时实现实施例1中任一项所述方法的步骤。
[0123]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。