一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置与流程

本发明涉及碳排放计量，具体涉及一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置。

背景技术：

1、电力碳排放计量技术指电力产生的间接温室气体排放，核算企业所消耗的外购电力产生的温室气体排放的技术。为推动减排工作不断形成规范，降低碳排放总量，相关部门提供了通用的电力行业碳排放计量方法。而在其他行业如钢铁、水泥生产行业的碳排放计量中，除去企业直接温室气体排放之外，还包含企业外购电力产生的间接温室气体排放。因此，精准、全面、明确地对电力负荷包含的碳排放进行计量，可以为企业节能减排效果提供量化评估的重要依据。

2、目前，有专利对于电力负荷包含的碳排放的计量进行研究，例如：

3、电网平均排放因子法，电网平均排放因子又叫电网用电排放因子，它表示的是某区域范围内使用1度电产生的碳排放量，其计算原理是整个电网的总碳排放除以总电量。区域电网平均排放因子主要用于计算用电产生的碳排放量，企业在计算电网用电产生的碳排放量时采用该排放因子与用电量的乘积进行碳排放度量。电网平均排放因子根据范围有省级碳排放因子、区域碳排放因子、全国碳排放因子等。

4、然而，该方法在碳排放计量方面时空分辨率体现不够，而且常存在碳排放因子发布滞后的现实问题。此外，电力相关碳排放平摊至全部电量，无法区分不同类型电源及外送电力的绿色环境价值，也未能体现电力负荷的电气位置、功率变化对发电侧碳排放带来的影响，无法影响企业的用电行为及其在电力市场、碳市场的交易行为，无法带动企业灵活选择更清洁的能源。

5、碳流分析法是一种基于功率分布的碳流追踪方法，其基本思想是在潮流计算结果的基础上，利用顺流或逆流跟踪算法确定电网中的功率分布，然后结合机组的碳排放强度，将发电侧碳排放公平分摊到各节点负荷、各支路功率以及网络损耗，从而实现碳排放具体流向的准确追踪与溯源。碳流分析法在计算碳排放总量的同时，清晰地揭示了碳流在电力网络中的分布特性和传输消费机理。在此基础上对碳流理论进一步改进，将各支路损耗等效为虚拟电源或负荷，通过引入灵活可调的网损分配系数，将顺流跟踪和逆流跟踪方法相结合，建立网损碳流的双向分摊模型。

6、然而，该方法存在以下问题：1)电源通常在高电压等级如500kv、220kv入网，而负荷则分布在较低电压等级，碳流依附于电力潮流经过多电压等级流向负荷，技术二未能考虑能量多级转换带来的计算规模问题；2)顺流跟踪或逆流跟踪的潮流追踪方法的依据是潮流的比例分摊原则，但原则是经验假定，在处理环网时物理概念不清晰，缺乏理论依据。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种电力负荷全过程碳排放计算方法及装置。

2、第一方面，提供一种电力负荷全过程碳排放计算方法，所述电力负荷全过程碳排放计算方法包括：

3、对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块bt对应的上游电网中与其具有连接关系的电网分块bs；

4、将所述电网分块bt与电网分块bs的公共连接节点分割为等效负荷节点和等效发电机节点，其中，所述等效负荷节点属于电网分块bs，所述等效发电机节点属于电网分块bt；

5、确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额；

6、基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度；

7、基于所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度以及各发电机节点对待分析负荷节点的供电份额确定待分析负荷节点的全过程碳排放量。

8、优选的，所述对电网进行分层分块，包括：

9、将电网中变压器低压侧出线所连接设备划分为一个电网分块；

10、对于一个电网分块，将其接入的母线上的降压变压器高压侧电网划分为上游电网，降压变压器低压侧电网划分为下游电网。

11、优选的，所述确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额，包括：

12、基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵；

13、在所述等效负荷节点对应的导纳矩阵中获取所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗；

14、基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗；

15、基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额。

16、进一步的，按下式更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵：

17、yv＝yv0+1/za\{v}+1/zg

18、上式中，yv为更新后所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，yv0为所述等效负荷节点对应的原始导纳矩阵，za\{v}为电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵，zg为电网中发电机节点的等效电源内阻矩阵。

19、进一步的，所述基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，包括：

20、求解下述关系式，得到所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的转移阻抗：

21、ztiv＝[1/zv+∑a\{v}ziv/(zvv+zv)zgi]-1*[(zvv+zv)zgi-zivzv]/zivzv

22、上式中，ztiv为所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的转移阻抗，zv为所述等效负荷节点v的等效阻抗，zvv为所述等效负荷节点v的自阻抗，zgi为所述电网分块bs中发电机节点i的等效电源内阻，ziv为所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的互阻抗，a\{v}表示电网所有节点集合a中除所述等效负荷节点v以外的其他负荷节点的集合。

23、进一步的，所述等效负荷节点v的等效阻抗的计算式如下：

24、zv＝∣vv∣2/(pv+jqv)*

25、上式中，vv为所述等效负荷节点v的电压，pv为所述等效负荷节点v的有功负荷，qv为所述等效负荷节点v的无功负荷，j为虚数单位。

26、进一步的，所述电网分块bs中发电机节点i的等效电源内阻的计算式如下：

27、zgi＝(eref-vgi)/igi

28、上式中，eref为选定的平衡节点电压，vgi为所述电网分块bs中发电机节点i的量测电压，igi为所述电网分块bs中发电机节点i向电网注入的电流，其中，igi＝(pv-jqv)/(vgi)*。

29、进一步的，所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额的计算式如下：

30、piv＝real[vv((eref-vv)/ztiv)*]

31、上式中，piv为所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的供电份额，real表示返回复数的实部并将实部设置为值的操作函数。

32、进一步的，所述基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度，包括：

33、当所述电网分块bt中发电机节点j为化石燃料发电机时，所述电网分块bt中发电机节点j的度电排放强度的计算式如下：

34、λj＝gj

35、当所述电网分块bt中发电机节点j与所述等效发电机连接时，所述电网分块bt中发电机节点j的度电排放强度的计算式如下：

36、λj＝[∑i∈bs(pivgi)/gi]/∑i∈bspiv

37、上式中，λj为所述电网分块bt中发电机节点j的度电排放强度，gj为所述电网分块bt中发电机j关于化石燃料的度电碳排放强度,gi为所述电网分块bs中发电机i关于化石燃料的度电碳排放强度。

38、进一步的，所述电网分块bt中发电机j关于化石燃料的度电碳排放强度的计算式如下：

39、gj＝ηjξj(1-μj)(mco2/mc)[(ajpgj2+bjpgj+cj)ζj/pgj]

40、上式中，ηj为所述电网分块bt中发电机节点j的燃料含碳率，ξj为所述电网分块bt中发电机节点j的碳氧化率，μj为所述电网分块bt中发电机节点j的碳捕集率，mco2为二氧化碳的摩尔质量，mc为碳的摩尔质量，aj为所述电网分块bt中发电机节点j正常运行状态下的二次项耗量特性参数，bj为所述电网分块bt中发电机节点j正常运行状态下的一次项耗量特性参数，cj为所述电网分块bt中发电机节点j正常运行状态下的常数耗量特性参数，pgj为所述电网分块bt中发电机节点j的发电功率，ζj为所述电网分块bt中发电机节点j的修正系数。

41、进一步的，所述待分析负荷节点的全过程碳排放量的计算式如下：

42、ck＝∑j∈bt(pjkλj)

43、上式中，ck为所述电网分块bt中待分析负荷节点k的全过程碳排放量，pjk为所述电网分块bt中发电机节点j对待分析负荷节点j的供电份额。

44、第二方面，提供一种电力负荷全过程碳排放计算装置，所述电力负荷全过程碳排放计算装置包括：

45、分层模块，用于对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块bt对应的上游电网中与其具有连接关系的电网分块bs；

46、分割模块，用于将所述电网分块bt与电网分块bs的公共连接节点分割为等效负荷节点和等效发电机节点，其中，所述等效负荷节点属于电网分块bs，所述等效发电机节点属于电网分块bt；

47、第一确定模块，用于确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额；

48、第二确定模块，用于基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度；

49、第三确定模块，用于基于所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度以及各发电机节点对待分析负荷节点的供电份额确定待分析负荷节点的全过程碳排放量。

50、优选的，所述分层模块具体用于：

51、将电网中变压器低压侧出线所连接设备划分为一个电网分块；

52、对于一个电网分块，将其接入的母线上的降压变压器高压侧电网划分为上游电网，降压变压器低压侧电网划分为下游电网。

53、优选的，所述第一确定模块具体用于：

54、基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵；

55、在所述等效负荷节点对应的导纳矩阵中获取所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗；

56、基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的互阻抗和所述等效负荷节点的自阻抗确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗；

57、基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的转移阻抗确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额。

58、进一步的，按下式更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵：

59、yv＝yv0+1/za\{v}+1/zg

60、上式中，yv为更新后所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，yv0为所述等效负荷节点对应的原始导纳矩阵，za\{v}为电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵，zg为电网中发电机节点的等效电源内阻矩阵。

61、进一步的，所述基于电网中除所述等效负荷节点以外的其他负荷节点的等效阻抗矩阵和电网中各发电机节点的等效电源内阻更新所述等效负荷节点对应的导纳矩阵，包括：

62、求解下述关系式，得到所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的转移阻抗：

63、ztiv＝[1/zv+∑a\{v}ziv/(zvv+zv)zgi]-1*[(zvv+zv)zgi-zivzv]/zivzv

64、上式中，ztiv为所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的转移阻抗，zv为所述等效负荷节点v的等效阻抗，zvv为所述等效负荷节点v的自阻抗，zgi为所述电网分块bs中发电机节点i的等效电源内阻，ziv为所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的互阻抗，a\{v}表示电网所有节点集合a中除所述等效负荷节点v以外的其他负荷节点的集合。

65、进一步的，所述等效负荷节点v的等效阻抗的计算式如下：

66、zv＝∣vv∣2/(pv+jqv)*

67、上式中，vv为所述等效负荷节点v的电压，pv为所述等效负荷节点v的有功负荷，qv为所述等效负荷节点v的无功负荷，j为虚数单位。

68、进一步的，所述电网分块bs中发电机节点i的等效电源内阻的计算式如下：

69、zgi＝(eref-vgi)/igi

70、上式中，eref为选定的平衡节点电压，vgi为所述电网分块bs中发电机节点i的量测电压，igi为所述电网分块bs中发电机节点i向电网注入的电流，其中，igi＝(pv-jqv)/(vgi)*。

71、进一步的，所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额的计算式如下：

72、piv＝real[vv((eref-vv)/ztiv)*]

73、上式中，piv为所述电网分块bs中发电机节点i对所述等效负荷节点v的供电份额，real表示返回复数的实部并将实部设置为值的操作函数。

74、进一步的，所述第二确定模块具体用于：

75、当所述电网分块bt中发电机节点j为化石燃料发电机时，所述电网分块bt中发电机节点j的度电排放强度的计算式如下：

76、λj＝gj

77、当所述电网分块bt中发电机节点j与所述等效发电机连接时，所述电网分块bt中发电机节点j的度电排放强度的计算式如下：

78、λj＝[∑i∈bs(pivgi)/gi]/∑i∈bspiv

79、上式中，λj为所述电网分块bt中发电机节点j的度电排放强度，gj为所述电网分块bt中发电机j关于化石燃料的度电碳排放强度,gi为所述电网分块bs中发电机i关于化石燃料的度电碳排放强度。

80、进一步的，所述电网分块bt中发电机j关于化石燃料的度电碳排放强度的计算式如下：

81、gj＝ηjξj(1-μj)(mco2/mc)[(ajpgj2+bjpgj+cj)ζj/pgj]

82、上式中，ηj为所述电网分块bt中发电机节点j的燃料含碳率，ξj为所述电网分块bt中发电机节点j的碳氧化率，μj为所述电网分块bt中发电机节点j的碳捕集率，mco2为二氧化碳的摩尔质量，mc为碳的摩尔质量，aj为所述电网分块bt中发电机节点j正常运行状态下的二次项耗量特性参数，bj为所述电网分块bt中发电机节点j正常运行状态下的一次项耗量特性参数，cj为所述电网分块bt中发电机节点j正常运行状态下的常数耗量特性参数，pgj为所述电网分块bt中发电机节点j的发电功率，ζj为所述电网分块bt中发电机节点j的修正系数。

83、进一步的，所述待分析负荷节点的全过程碳排放量的计算式如下：

84、ck＝∑j∈bt(pjkλj)

85、上式中，ck为所述电网分块bt中待分析负荷节点k的全过程碳排放量，pjk为所述电网分块bt中发电机节点j对待分析负荷节点j的供电份额。

86、第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

87、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

88、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的电力负荷全过程碳排放计算方法。

89、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的电力负荷全过程碳排放计算方法。

90、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

91、本发明提供了一种电力负荷全过程碳排放计算方法，所述方法包括：对电网进行分层分块，并获取待分析负荷所属电网分块bt对应的上游电网中与其具有连接关系的电网分块bs；将所述电网分块bt与电网分块bs的公共连接节点分割为等效负荷节点和等效发电机节点，其中，所述等效负荷节点属于电网分块bs，所述等效发电机节点属于电网分块bt；确定所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额；基于所述电网分块bs中各发电机节点对所述等效负荷节点的供电份额确定所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度；基于所述电网分块bt中各发电机节点的度电排放强度以及各发电机节点对待分析负荷节点的供电份额确定待分析负荷节点的全过程碳排放量。本发明提供的技术方案，针对电能多级转换过程，对电网进行分块处理，既保证了电能多级转换过程的物理概念清晰，又可以对各分块并行处理以加快计算速度，最后应用分块之间的连接关系矩阵对指定电力负荷进行全过程碳排放量化计算，可以改善当前广泛应用的碳排放因子法，更加精细化地审视企业用电与排碳之间的关系。

92、进一步的，本发明可以在生态环境主管部门、电网公司、承担碳责任的企业或经济主体、第三方碳服务公司进行推广。能够帮助生态环境主管部门合理计算企业外购电力产生的间接温室气体排放，制定合理的碳排放配额，帮助电网公司准确划分碳配额承担责任，量化分析新能源的环境价值，也可帮助承担碳责任的企业或经济主体、第三方碳服务公司准确核算主体碳排放量，制定碳排放权交易策略等。