用于规划的直流牵引供电系统碳排放责任计算方法及装置

本发明涉及牵引供电，特别涉及一种用于规划的直流牵引供电系统碳排放责任计算方法及装置。

背景技术：

1、直流牵引供电系统是采用直流网络向列车供电的供电系统。随着环境恶化和能源危机越发严重，直流牵引供电系统的节能减碳成为重要发展方向。新的碳交易政策逐步在一些国家和地区实施。这些新的碳交易政策有利于实现碳减排。常见的新碳交易政策如：碳税、碳配额。

2、直流牵引供电系统的运营方在新的碳交易政策背景下，可能需要根据碳排放责任缴纳更多的费用，可能因为碳排放责任超过配额而去购买额外的额度。因此，在系统规划设计中，就需要评估规划设计结果的环保效益，计算系统在未来运行中需要承担的碳排放责任以及碳排放责任所带来的额外费用。直流牵引供电系统的碳排放责任计算，成为了在规划设计中亟需解决的关键技术问题。

3、目前，现有技术中没有针对直流牵引供电系统的碳排放责任计算，但存在对电力系统的碳排放责任计算，主要有4种方法：

4、相关技术一平均因子法，其用电量*平均因子=碳排放责任。该方法简单、可信、易操作，被广泛应用于涉及用电的碳排放责任计算，但是平均因子很难确定，数据需要几年更新一次，此外，很大地理范围内的相同电网都采用同一个因子，且新能源、火电、水电共用一个因子，并不合理，也因因素共同导致平均因子法的计算结果也不准确；

5、相关技术二博弈论方法，合作博弈论可以进行碳排放责任计算，但计算过程复杂，缺乏明确的物理意义，涉及复杂的管理过程和竞争博弈行为，且该方法目前尚未应用到工程中；

6、相关技术三灵敏度方法，该方法仅适用于测量负荷变化的边际碳排放责任，同样地，该方法目前也尚未应用到工程中；

7、相关技术四碳排放流方法：碳排放流被定义为附加在潮流上的虚拟网络流，通过在每个节点或分支潮流上添加“碳标签”，该方法可以分别计算每个节点或支路的碳排放责任流。此外，潮流追踪方法评估特定能源生产者的电力输出有多少流向特定能源消费者或特定线路，考虑到“碳标签”和潮流追踪结果，碳排量流方法可以跟踪从每个发电方到消费者的碳排放责任转移。由于该方法能够在能源消费者之间合理分配碳排放责任，易于实施，且具有直观的物理意义，因此在相关研究中被广泛采用，并开始在工程项目中采用，但这个方法主要针对于普通电力系统而非牵引供电系统的规划设计，无需要考虑列车的能源产消者特征。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于规划的直流牵引供电系统碳排放责任计算方法及装置，以解决现有规划设计中，直流牵引供电系统尚未建成，需要计算碳排放责任，以及在碳排放责任核算中，牵引供电系统中的主要负载是列车，忽略了列车即是承担碳排放责任的能源消费者，也是碳排放责任转移给其他能源消费者的能源生产者等问题。

2、本发明第一方面实施例提供一种用于规划的直流牵引供电系统碳排放责任计算方法，包括以下步骤：对直流牵引供电系统进行潮流分析，得到所述直流牵引供电系统的网络功率和电压信息；利用预设潮流追踪算法对所述网络功率和电压信息进行潮流跟踪，以确定电源节点的碳排放强度；根据所述电源节点的碳排放强度计算支路上传输的碳排放责任和节点的碳排放责任，以得到用于规划设计的直流牵引供电系统碳排放责任计算结果。

3、可选地，所述确定电源节点的碳排放强度，包括：获取所述电源节点的实际类型；在所述实际类型为外电源的情况下，通过外电网确定所述电源节点的碳排放强度；在所述实际类型为新能源的情况下，所述电源节点的碳排放强度为零；在所述实际类型为再生制动发出电能的列车的情况下，建立列车碳排放流模型，通过所述列车碳排放流模型计算所述电源节点的碳排放强度。

4、可选地，所述建立列车碳排放流模型，通过所述列车碳排放流模型计算所述电源节点的碳排放强度，包括：获得目标列车在预设时间段内的第一总流入电能和碳排放流，以及所述目标列车在两个车站之间的第二总流入电能和碳排放流；利用所述第一总流入电能和碳排放流和所述第二总流入电能和碳排放流建立所述列车碳排放流模型，通过所述列车碳排放流模型计算所述电源节点的碳排放强度。

5、可选地，所述列车碳排放流模型的计算公式为：

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12、其中，为当前时间点，为碳排放责任计算的时间步长，为预设列车在两个车站之间的总流入电能，为预设列车的功率，为预设列车在预设时间段内累积的总流入电能，为预设列车在两个车站之间的总流入碳排放流，为预设列车的碳排放责任，为预设列车在预设时间段内累积的总流入碳排放流，为预设列车的节点碳排放强度。

13、本发明第二方面实施例提供一种用于规划的直流牵引供电系统碳排放责任计算装置，包括：获取模块，用于对直流牵引供电系统进行潮流分析，得到所述直流牵引供电系统的网络功率和电压信息；确定模块，用于利用经典潮流追踪算法对所述网络功率和电压信息进行潮流跟踪，以确定电源节点的碳排放强度；计算模块，用于根据所述电源节点的碳排放强度计算支路上传输的碳排放责任和节点的碳排放责任，以得到用于规划设计的直流牵引供电系统碳排放责任计算结果。

14、可选地，所述确定模块包括：获取单元，用于获取所述电源节点的实际类型；第一确定单元，用于在所述实际类型为外电源类型的情况下，通过外电网确定所述电源节点的碳排放强度；第二确定单元，用于在所述实际类型为新能源类型的情况下，所述电源节点的碳排放强度为零；计算单元，用于在所述电源类型为再生制动发出电能类型的情况下，建立列车碳排放流模型，通过所述列车碳排放流模型计算所述电源节点的碳排放强度。

15、可选地，所述计算单元具体用于获得目标列车在预设时间段内的第一总流入电能和碳排放流，以及所述目标列车在两个车站之间的第二总流入电能和碳排放流；利用所述第一总流入电能和碳排放流和所述第二总流入电能和碳排放流建立所述列车碳排放流模型，通过所述列车碳排放流模型计算所述电源节点的碳排放强度。

16、可选地，所述列车碳排放流模型的计算公式为：

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23、其中，为当前时间点，为碳排放责任计算的时间步长，为预设列车在两个车站之间的总流入电能，为预设列车的功率，为预设列车在预设时间段内累积的总流入电能，为预设列车在两个车站之间的总流入碳排放流，为预设列车的碳排放责任，为预设列车在预设时间段内累积的总流入碳排放流，为预设列车的节点碳排放强度。

24、本发明实施例的用于规划的直流牵引供电系统碳排放责任计算方法及装置，能够实现实时运行场景下合理、实用的系统碳排放责任计算，并结合直流牵引供电系统的特点建立列车碳排放流模型；在直流牵引供电系统的规划设计中评估设计结果的碳排放责任，评估新的碳排放政策下的额外成本提供了不可或缺的技术，并为未来直流牵引供电系统的相关研究奠定了基础，包括低碳规划、低碳运营和碳交易；此外，为轨道交通电气化领域的交流牵引供电系统提供了重要的参考价值。

25、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。