一种智能配电网低碳效益评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统低碳效益评估方法，特别是关于一种智能配电网低碳效 益评估方法。
【背景技术】
[0002] 智能配电网低碳效益评估是以潮流追踪技术和碳足迹概念为基础，通过微观碳排 放分析计算，实现电力系统内碳排放的计量由发电侧向负荷侧的转换碳排放，从而准确识 别配电网低碳发展的薄弱点，为配电网低碳规划、运行提供保障。下面对潮流追踪技术和碳 足迹概念分别进行详细说明：
[0003] 潮流跟踪技术是指在特定运行状态下，通过潮流分析和计算，明确发电机或负荷 功率在输电元件中的分布情况，据此来度量它们对输电网络的使用程度，为收费提供理论 依据。潮流跟踪技术的关键在于提出科学的分摊模型，合理地在发电方和电力用户间分摊 输电费用和网损。根据建模机制和分摊原则的不同，潮流跟踪算法可以分成三种：第一种是 功率跟踪法，从本质上讲，按功率跟踪的方法就是拓扑分析方法，该方法的基本思想是在交 流潮流计算的基础上，首先将有损网络等效成无损网络，将有功和无功解耦形成无损的有 功功率有向图和无损的无功功率有向图；然后按比例分摊原则进行功率跟踪；最后根据潮 流的方向，将功率跟踪分为顺流跟踪法和逆流跟踪法。第二种是电流跟踪法，由于电流在系 统中无损耗，区别于功率在系统中流动存在损失，因此提出了电流跟踪法。电流跟踪法主要 思想是在潮流计算的基础上，先通过跟踪电流来确定每个电源向每个负荷提供的电流，再 将电流转化为功。从本质上讲，电流跟踪法也是基于比例分摊原则，只是将比例分摊原则 中的"流"由潮流换成了电流。第三种是功率解析法，先对线路传输的功率进行严格解析， 再分析线路中各转运业务的功率或功率损耗分量，最后描述转运业务对线路的使用程度， 据此分摊输电费用。功率解析法的关键是如何确定线路中的功率组成和科学的描述线路的 使用程度。现有技术中对线路使用程度的描述大致存在两种观点，第一种是用线路中各项 转运业务的功率分量描述线路的使用程度；第二种是用线路中各项转运业务的功率损耗分 量来描述线路的使用程度。
[0004] "碳足迹"（简称碳迹）的概念缘起于"生态足迹"，主要是指在人类生产和消费活 动中所排放的与气候变化相关的气体总量，相对于其他碳排放研究的区别，碳足迹是从生 命周期的角度出发，破除所谓"有烟囱才有污染"的观念，分析产品生命周期或与活动直接 和间接相关的碳排放过程。碳足迹的具体定义是某一产品或服务系统在其全生命周期内的 碳排放总量或活动主体例如个人、组织、部门等，在某一活动过程中直接和间接的碳排放总 量。依据碳迹定义，在碳迹的观点中，对于所有商品均采用消费流的定义，即认为所有产生 排放的商品生产是由于消费需求而产生的，因此所有排放的责任应由消费侧来承担。如果 将这一观点应用在电力系统中，即认为产生碳排放的行为是由于用户侧的用电需求，因此 碳排放的责任应该由用户侧承担。
[0005] 智能配电网"碳足迹"计算是以潮流追踪技术为基础，通过碳排放分析计算，实现 电力系统内碳排放的计量由发电侧向负荷侧的转换，为配电网低碳规划、运行提供技术支 撑。在与"碳足迹"电力相关的研究中，计算一般采用宏观统计的办法，即先统计各类化石 燃料的消耗总量，再按照各类化石燃料的碳排放因子计算总的碳排放量。这种宏观碳排放 的统计方法（简称为宏观统计法）计算简单、计算周期长（通常以年为单位），对于电力行 业低碳发展的基础研究与宏观分析是比较准确的，因此被广泛应用，但这种实用的碳排放 分析方法在一些方面亦存在其局限性，主要体现在以下三方面：（1)电力潮流是电力系统 分析中的要素，各类电力系统所研究的问题都涉及潮流的分析与计算，而现有的宏观分析 法着重于研究将发电厂视为点碳排放源而产生的排放，与电力系统中的潮流分析脱节，无 法将电力系统的碳排放与电力系统的潮流控制和运行状态控制进行深层次的联系，不利于 低碳电网技术与用电技术的发展与效果评价。（2)宏观统计法需要统计数据的支持才可进 行。考虑到能源统计数据的发布往往存在滞后性，并且不同地区的发电企业与电网企业对 一次能源消耗数据的统计效率各不相同，欲得到全面可信的能源消耗数据进行分析，效率 难以保证，这将不利于电力行业低碳发展战略的制定。（3)电能作为典型的二次能源，碳排 放几乎全部来自生产环节，而在传输与使用环苄基本不产生排放。宏观统计法虽然可以界 定各个地区的电力系统生产电力所带来的碳成本，却无法厘定各地在电力交换情况下因支 撑经济发展伴随的低碳责任，这将使能源输出地区在低碳发展中处于弱势，不利于电力系 统低碳减排目标的合理分配。
[0006] 随着智能配电网规划运行的发展，以及国家对于电力系统的减排要求，智能配电 网的低碳规划和运行问题变得尤为重要，有必要采取更合理的微观方法对智能配电网低碳 效益评估方法进行研究，提高系统运行的低碳性和经济性。
【发明内容】
[0007] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够将碳排放与潮流控制和运行状态控 制进行深层次联系，进而得到可靠的碳排放数据，且能够明确碳责任的智能配电网低碳效 益评估方法。
[0008] 为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案：一种智能配电网低碳效益评估 方法，其特征在于包括以下步骤：（1)待评价智能配电网将其采集的网络及负荷数据信息 发送给潮流计算模块，潮流计算模块根据接收到的网络及负荷数据信息进行全网的潮流计 算，并将潮流计算结果发送给逆流追踪模块；（2)逆流追踪模块根据接收到的潮流计算结 果形成待评价智能配电网功率有向图，并根据比例共享原则，得到在该潮流计算结果下的 逆流追踪矩阵各项值，并将逆流追踪矩阵各项值发送给低碳指标计算模块；（3)低碳指标 计算模块根据步骤（2)得到的逆流追踪矩阵各项值进行相关碳排放理论计算，得出各低碳 指标计算结果，并将低碳指标计算结果发送给低碳效益评估模块；(4)低碳效益评估模块 接收各低碳指标计算结果，并根据待评价智能配电网低碳规划前后的电网信息，分别进行 低碳效益评估计算，得到智能配电网规划前后各项低碳指标的计算结果，并对评估计算结 果的数值进行比较，得到待评价智能配电网的最优运行方案。
[0009] 所述步骤（1)潮流计算模块根据接收到的网络及负荷数据信息进行全网的潮流 计算，包括以下步骤：1. 1)根据待评价智能配电网采集到的网络数据信息形成节点导纳矩 阵，Ylj= G u+jB^式中，Y 为线路i-j的导纳，G 为线路i-j的电导，B ^为线路i-j的电 纳；1.2)根据各PQ节点的电压初值辦和除平衡节点外各节点电压相位初值#，得到待 求量U和Θ的初始向量1]((])和Θ w，其中，U表示节点电压的幅值；Θ表示节点电压的相 角；Uw表示节点电压的幅值的初始值；θ w表示节点电压的相角的初始值；1. 3)先根据 待评价智能配电网采集到的负荷数据信息、步骤1.2)得到的U-和Θ W、PV节点 和平衡节点所给定的电压以及步骤1. 1)得到的节点导纳矩阵，按照η节点系统在极坐标 下的功率方程，计算有功功率差和无功功率差，再根据计算有功功率差和无功功率差的计 算结果求出修正方程式中的误差函数值ΔΡ((])和其中，有功功率差的计算公式为：
.式中，Δ Ρ;表示有功功率差，PDi表示节点i的 有功功率，1^表示节点i的电压幅值，U ^表示节点j的电压幅值，G ^表示线路i_j的电导， By表示线路i-j的电纳，Θ ^表示节点i和节点j的相角差，i的取值范围是从1~η ;无 功功率差的计算公式为：
式中，AQi表示无功功 率差，01表示节点i的无功功率，U 1表示节点i的电压幅值，U ^表示节点i的电压幅值，G ^ 表示线路i-j的电导，By表示线路i-j的电纳，Θ ^表示节点i和节点j的相角差，i的取 值范围是从1~η ; 1. 4)先根据PQ节点和PV节点的电压初值求得Jacobian矩阵J(k)，再根 据
和步骤1. 3)中求得的APW和AQ w，求出该轮迭代电压幅 值的不平衡量AU?和该轮迭代相角的不平衡量△ Θ，其中，PQ节点和PV节点的电压幅 值的修正量计算公式如下：
卜式中， AU(k)表示第k轮迭代电压幅值的不平衡向量，表示第k轮迭代节点i的电压幅值的 不平衡量，表示第k轮迭代节点i的电压幅值，i的取值范围是从1~n ;PQ节点和PV节 点的相角的修正量计算公式如下：
；:式中， Δ θ ω表示第k轮迭代相角的不平衡向量，表示第k轮迭代节点i的相角，i的取值 范围是从1~n;l. 5)根据步骤1.4)中求得AU?和△ θ w计算修正节点的电压，其中， 修正节点的电压包括幅