发明内容
有鉴于此,本发明提供的一种电力系统碳排放流分布指标的计算单元及确定方法,该计算单元及确定方法实现了通过快速计算得到的全系统碳排放流的准确分布,同时避免加重中心服务器的计算负担,为用户提供准确且可靠的电力系统碳排放流,进而使得碳减排责任的分摊更加公平,同时有助于消除碳泄漏现象,激发用户侧参与电力系统减少碳排放的积极性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种电力系统碳排放流分布指标的计算单元,所述电力系统碳排放流分布指标包括描述支路碳流量、支路碳流率、支路碳流密度及节点碳势;所述计算单元设有多个,且分别设置在各电力系统碳排放流分布设备上;
所述计算单元收集本地的有功功率流动及直接碳排放量信息,且相邻的2个计算单元之间迭代通信,进行全系统碳排放流分布的计算;其中,所述相邻的2个计算单元为功率流动存在对等的电气流入流出关系的2个所述计算单元。
优选的,各所述计算单元的节点上均设有编号,且各所述计算单元中均存储有与其所在节点存在连接关系的其他所述节点的编号。
优选的,各所述计算单元计算得到或测量得到本地的有功功率流动方向及大小,并与相邻的所述计算单元交互计算信息。
优选的,所述电力系统碳排放流分布设备包括发电机组、电网中各电压等级的母线及用电负荷;
其中,装设在所述发电机组上的所述计算单元根据装设在锅炉的状态监视器或装设在烟囱的烟气连续监测系统,获取所述发电机组的碳排放强度。
优选的,各所述计算单元的迭代计算用时钟信号为全网同步的时钟信号;
相邻的所述计算单元在每一次迭代计算中,均进行一次信息交互,并根据所获得的信息计算本地的碳排放流指标;且所述信息包括:所述计算单元的节点碳势及时钟标签。
一种电力系统碳排放流分布指标的确定方法,所述电力系统碳排放流分布指标包括描述支路碳流量、支路碳流率、支路碳流密度及节点碳势;所述方法包括如下步骤:
步骤1.判断目标电力系统的网络模型是否为小世界网络模型;
若是,则进入步骤2;
若否,则更换目标电力系统后重新判断;
步骤2.在所述目标电力系统中的各电力系统碳排放流分布设备上均设置计算单元;
步骤3.各所述计算单元收集本地的有功功率流动及直接碳排放量信息;
步骤4.相邻的2个计算单元之间迭代通信,进行全系统碳排放流分布值的计算;其中,所述相邻的2个计算单元为功率流动存在对等的电气流入流出关系的2个所述计算单元。
优选的,所述步骤3包括:
各所述计算单元计算得到或测量得到本地的有功功率流动方向及大小;装设在所述发电机组上的所述计算单元根据装设在锅炉的状态监视器或装设在烟囱的烟气连续监测系统,获取所述发电机组的碳排放强度。
优选的,所述步骤4包括:
4-1.获取t时刻初始状况下的发电机组中碳势已知节点及其的节点碳势;碳势未知的节点为节点1、2、…n;
4-2.进行首次迭代,即节点1的计算单元与所述碳势已知节点上的计算单元通信,获得所述节点1的节点碳势;
4-3.进行第2次迭代,得到节点2的节点碳势;
4-4.进行第3至最末次迭代,得到全部节点的节点碳势;
4-5.根据所述全部节点的节点碳势,进而计算得到t时刻全系统的碳排放流指标;
4-6.更改t的值,返回步骤4-1,直到获取全部时刻的全系统的碳排放流指标。
优选的,所述步骤4-3包括:
a.节点2的计算单元与所述节点1上的计算单元通信,获得到所述节点1及所述碳势已知节点的节点碳势信息;
b.通过量测本地的有功功率流动值,计算得到所述节点2的节点碳势
式(1)中,N+为与节点2相连的支路中有潮流流入节点2的所有支路的集合,l为支路号,Pl为支路l的有功潮流,ρl为支路l的支路碳流密度;
其中,各支路l的碳流密度等于潮流流出节点的节点碳势,即存在如下公式:
式中,为有潮流从节点2流出的所有支路的集合。
优选的,所述步骤4-4包括:
节点3与所述节点2通信,得到所述节点3本地的节点碳势;
重复用相邻的节点与前一节点通信,直到得到全部节点的节点碳势。
从上述的技术方案可以看出,本发明提供了一种电力系统碳排放流分布指标的计算单元及确定方法,计算单元收集本地的有功功率流动及直接碳排放量信息,且相邻的2个计算单元之间迭代通信,进行全系统碳排放流分布的计算;确定方法在目标电力系统中的各电力系统碳排放流分布设备上均设置计算单元;计算单元收集本地有功功率流动及直接碳排放量信息;相邻的计算单元间迭代通信,计算全系统碳排放流分布值。本发明提出的计算单元及确定方法实现了通过快速计算得到的全系统碳排放流的准确分布,同时避免加重中心服务器的计算负担,为用户提供准确且可靠的电力系统碳排放流,使得碳减排责任的分摊更加公平,同时有助于消除碳泄漏现象,激发用户侧参与电力系统减少碳排放的积极性。
与最接近的现有技术比,本发明提供的技术方案具有以下优异效果:
1、本发明所提供的技术方案中,采用分布式的计算理念,减轻了以往集中式碳排放流计算模型中的中心服务器的计算负担。
2、本发明所提供的技术方案,减轻了以往集中式碳排放流计算模型中中心服务器与各节点的通信负担,采用分布式的量测单元还有助于提高量测的精度。
3、本发明所提供的技术方案,实现了通过快速计算得到的全系统碳排放流的准确分布,同时避免加重中心服务器的计算负担,为用户提供准确且可靠的电力系统碳排放流,使得碳减排责任的分摊更加公平,同时有助于消除碳泄漏现象,激发用户侧参与电力系统减少碳排放的积极性。
4、本发明提供的技术方案,应用广泛,具有显著的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种电力系统碳排放流分布指标的计算单元,电力系统碳排放流分布指标包括描述支路碳流量、支路碳流率、支路碳流密度及节点碳势;计算单元设有多个,且分别设置在各电力系统碳排放流分布设备上;
计算单元收集本地的有功功率流动及直接碳排放量信息,且相邻的2个计算单元之间迭代通信,进行全系统碳排放流分布的计算;其中,相邻的2个计算单元为功率流动存在对等的电气流入流出关系的2个计算单元。
其中,各计算单元的节点上均设有编号,且各计算单元中均存储有与其所在节点存在连接关系的其他节点的编号。
其中,各计算单元计算得到或测量得到本地的有功功率流动方向及大小,并与相邻的计算单元交互计算信息。
其中,电力系统碳排放流分布设备包括发电机组、电网中各电压等级的母线及用电负荷;
其中,装设在发电机组上的计算单元根据装设在锅炉的状态监视器或装设在烟囱的烟气连续监测系统,获取发电机组的碳排放强度。
其中,各计算单元的迭代计算用时钟信号为全网同步的时钟信号;
相邻的计算单元在每一次迭代计算中,均进行一次信息交互,并根据所获得的信息计算本地的碳排放流指标;且信息包括:计算单元的节点碳势及时钟标签。
如图2所示,本发明提供一种电力系统碳排放流分布指标的确定方法,电力系统碳排放流分布指标包括描述支路碳流量、支路碳流率、支路碳流密度及节点碳势;
包括如下步骤:
步骤1.判断目标电力系统的网络模型是否为小世界网络模型;
若是,则进入步骤2;
若否,则更换目标电力系统后重新判断;
步骤2.在目标电力系统中的各电力系统碳排放流分布设备上均设置计算单元;
步骤3.各计算单元收集本地的有功功率流动及直接碳排放量信息;
步骤4.相邻的2个计算单元之间迭代通信,进行全系统碳排放流分布值的计算;其中,相邻的2个计算单元为功率流动存在对等的电气流入流出关系的2个计算单元。
其中,步骤3包括:
各计算单元计算得到或测量得到本地的有功功率流动方向及大小;装设在发电机组上的计算单元根据装设在锅炉的状态监视器或装设在烟囱的烟气连续监测系统,获取发电机组的碳排放强度。
如图3所示,步骤4包括:
4-1.获取t时刻初始状况下的发电机组中碳势已知节点及其的节点碳势;碳势未知的节点为节点1、2、…n;
4-2.进行首次迭代,即节点1的计算单元与碳势已知节点上的计算单元通信,获得节点1的节点碳势;
4-3.进行第2次迭代,得到节点2的节点碳势;
4-4.进行第3至最末次迭代,得到全部节点的节点碳势;
4-5.根据全部节点的节点碳势,进而计算得到t时刻全系统的碳排放流指标;
4-6.更改t的值,返回步骤4-1,直到获取全部时刻的全系统的碳排放流指标。
其中,步骤4-3包括:
a.节点2的计算单元与节点1上的计算单元通信,获得到节点1及碳势已知节点的节点碳势信息;
b.通过量测本地的有功功率流动值,计算得到节点2的节点碳势
式(1)中,N+为与节点2相连的支路中有潮流流入节点2的所有支路的集合,l为支路号,Pl为支路l的有功潮流,ρl为支路l的支路碳流密度;
其中,各支路l的碳流密度等于潮流流出节点的节点碳势,即存在如下公式:
式中,为有潮流从节点2流出的所有支路的集合。
其中,步骤4-4包括:
节点3与节点2通信,得到节点3本地的节点碳势;
重复用相邻的节点与前一节点通信,直到得到全部节点的节点碳势。
本发明提供一种应用电力系统碳排放流分布指标的计算单元的确定方法的具体应用例,如下:
在与电力系统碳排放流分布相关的所有设备上均装设计算单元,该单元一方面收集本地的有功功率流动及直接碳排放量等信息,另一方面与相邻的计算单元进行迭代通信,参与全系统碳排放流分布的计算。全系统碳排放流分布的计算中,利用了各节点碳排放流相关指标仅与其相邻节点的指标值相关的特性。系统中各发电机组的碳排放密度及其出力参数确定了全系统碳排放流计算的边界条件,进一步通过相邻计算单元间的迭代通信与计算,由近及远,逐步计算出全系统所有与发电机组相连的节点的碳排放流指标。
电力系统碳排放流的基本指标主要包括描述支路碳流量、支路碳流率、支路碳流密度、节点碳势。本发明中以节点碳势为核心求解目标。支路碳流量和支路碳流率可在已知系统有功潮流分布的情况下,由节点碳势计算得到。此部分属公开发表内容,在此不再赘述。
对发电机出口节点,其节点碳势等于发电机组的碳排放密度,根据各机组的运行特性可测定,在碳排放流的计算中属于已知边界条件。对电网中的节点b,其碳势的计算公式为:
式中,N+为与节点b相连的支路中有潮流流入节点b的所有支路的集合,l为支路号,Pl为支路l的有功潮流,ρl为支路l的支路碳流密度。
各支路的碳流密度则等于其潮流流出节点的节点碳势,即存在如下公式:
式中,为有潮流从节点b流出的所有支路的集合。
现有的集中式计算方法是在掌握全系统网架结构、各机组出力及碳排放信息、各节点的用电信息及各支路的潮流信息的基础上,通过形成一系列矩阵进行计算。这种方法需要计算中心收集掌握全系统详细的信息,存在较大的难度。为此,本发明提出一种分布式的碳排放流计算方法。
公式(4)、(1)表明,对某一节点,如果所有对其有有功注入的相邻节点的节点碳势已知,则该节点的节点碳势即可计算得到。相邻节点的节点碳势可以通过节点间的通信得到,有功功率则可通过本地测量得到。在此理论基础上,本发明的具体实施方式详细说明如下:
第一部分:分布式碳排放流计算的基础计算单元
为实现分布式的碳排放流计算,需要在于碳排放流分布相关的电力系统各节点上装设计算单元,包括发电机组、电网中各电压等级的母线及用电负荷等。每个节点应具有特定的编号,在各节点上的计算单元中保存有与当前节点存在连接关系的节点编号,以便于各节点计算单元之间的通信。
装设于发电机组上的计算单元需要量测其发电机组的碳排放强度。该参数是本发明的给定边界条件,可由其它方法测定并输入至发电机组上的计算单元中,如装设于锅炉的状态监视器、装设于烟囱的烟气连续监测系统等。
所有计算单元均需计算量测本地的有功功率流动方向及大小,并与“相邻”的计算单元交互计算信息。此处的相邻节点是指两个节点的功率流动存在严格对等的电气流入流出关系。如图4中A、B、C均可算作“相邻”节点,因为它们之间存在严格对等的电气流入流出关系PAB=PBC。此时,B节点可省去计算单元,直接由A、C之间进行通信计算。C和D、E之间均为“相邻”节点关系,需要建立相互之间的通信计算通道。B和D、E之间不能算作“相邻”节点关系,因为PBC≠PCD、PBC≠PCE。不“相邻”的节点间不进行碳排放流的迭代计算。
各计算单元之间的通信技术没有具体的限制,可以充分利用电力系统现有的通信基础设施。各计算单元的协调计算需要全网统一的时钟信号。每一次迭代计算相邻的计算单元之间交互一次信息,并根据所获得的信息计算本地的碳排放流相关指标。每次相邻计算单元之间交互的信息至少包括该节点的节点碳势和时钟标签,其它交换信息可视情况而定。
第二部分:分布式计算单元间的“传递式”计算过程说明
在各基础计算单元的支持下,碳排放流的“传递式”计算过程可以通过如图5所示的简单辐射状系统说明。
位于G1、G2上的计算单元由外部装置获得t时刻两台机组的碳排放密度,即为其所处节点的节点碳势。随后,t时刻全系统碳排放流的迭代计算过程如下:
初始状况:初始状况下仅机组G1、G2所处节点的节点碳势已知。
第1次迭代:节点A上的计算单元通过与发电机组G1计算单元间的通信,获得节点A的节点碳势;在初始情况中,由于节点A的节点碳势未知,而节点A有功率注入节点B,因此第一次迭代中节点B的节点碳势尚无法计算;同理其它节点的节点碳势不能在本次迭代中求出。
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G1 |
G2 |
A |
B |
C |
D |
E |
节点碳势 |
已知 |
已知 |
已知 |
未知 |
未知 |
未知 |
未知 |
第2次迭代:通过本次信息交互,节点B获得节点A和机组G2的节点碳势信息,通过量测本地的有功注入PAB、PG2,通过公式(4)可以计算得到节点B的节点碳势。
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G1 |
G2 |
A |
B |
C |
D |
E |
节点碳势 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
未知 |
未知 |
未知 |
第3次迭代:本次迭代中节点C可通过与节点B的通信得到本地的节点碳势。
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G1 |
G2 |
A |
B |
C |
D |
E |
节点碳势 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
未知 |
未知 |
第4次迭代:本次迭代中节点D、E可通过与节点C的通信得到本地的节点碳势。
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G1 |
G2 |
A |
B |
C |
D |
E |
节点碳势 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
已知 |
通过如上4次迭代,即可计算得到t时刻全系统的碳排放流的分布。其它各时刻的计算过程与此一样,由于计算单元间的数据交互带有时间标签,因此各时刻碳排放流的计算之间不会相互干扰。
第三部分:大规模电力系统的分布式碳排放流计算方法
大规模电力系统的分布式碳排放流计算过程与第二部分中的简单系统类似。根据小世界网络的判定方法,电网一般具有小世界网络的特性,即任意两个节点间可通过很少次数的中间节点即可连接起来。这就使得上述迭代计算碳排放流的过程能在很少的迭代次数内完成。对大规模电力系统,需首先验证其是否属于小世界网络,只有属于小世界网络方可采用本发明的分布式碳排放流计算方法,否则会需要较多的迭代次数才可完成一次计算。
第四部分:本发明的应用实例
以IEEE所颁布的24节点电力系统为例,给出本算法的计算效果。各发电机节点的节点碳势等于发电碳排放密度,为已知量。电网中其余各节点的节点碳势的迭代计算过程如表1所示。表中U表示节点碳势尚未计算,从表中可以看出经过10次迭代,可以计算出全系统所有节点的节点碳势,且计算结果与集中式的计算结果相同。
表1分布式碳排放流计算方法在IEEE 24节点系统中的应用
将所设计的分布式碳排放流计算方法应用到更大规模的电力系统中。该系统共有2277个网络节点,各次迭代过程中可求出节点碳势的节点比例如图6所示。从图6中可以看出,通过15次迭代可以计算得到全系统碳排放流的分布,且计算结果与现有集中式的计算方法一致。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,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依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。