CN116151558A - 一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法 - Google Patents

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CN116151558A CN202310022721.1A CN202310022721A CN116151558A CN 116151558 A CN116151558 A CN 116151558A CN 202310022721 A CN202310022721 A CN 202310022721A CN 116151558 A CN116151558 A CN 116151558A
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Abstract

本发明属于低碳电力系统技术，尤其涉及一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，包括以下步骤：S1、建立互联电力系统优化运行模型；S2、建立互联电力系统潮流解耦算法；S3、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路碳流率向量；S4、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路网损碳流率；S5、建立网损碳流率双向分摊模型；S6、建立互联电力系统碳排放责任分摊模型。本发明提供的一种基于碳排放流的互联电力系统碳排放责任分摊方法，通过上述步骤，得到互联电力系统碳排放责任分摊模型，从而清晰了碳排放责任的界定，电力输送产生的碳排放合理的分配，使得减轻了电力丰裕的地区较大的减排压力。

Description

一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法
技术领域
本发明属于低碳电力系统技术，尤其涉及一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法。
背景技术
电力行业作为主要的化石能源消耗和碳排放部门，碳排放责任分摊是实现碳减排总体目标的关键。
电网是实现资源优化配置的载体，为弥补我国经济发展与能源资源分布不均衡的不足，充分发挥互联电网在综合能源运输体系中的优势作用，进行大范围资源优化配置，国家电网公司提出了“一特四大”的发展战略，在客观上要求打破分省平衡的电力供求格局，开展跨省跨区电力交易。随着全国联网工程和特高压电网建设的推进，跨省跨区电力交易日趋频繁，交易电量也在不断增大，在省间、区间能源互济中发挥了重要作用。
然而，互联电力系统的发展导致碳排放责任界定的不清晰，基于现在的碳排放分析方法，电力输送产生的碳排放全部由送电端承担，这种碳排放责任界定方法给电力丰裕的地区带来了较大的减排压力。
综上所述，为了减轻电力丰裕的地区较大的减排压力，本发明一种基于碳排放流的互联电力系统碳排放责任分摊方法。
发明内容
为了解决或者改善电力丰裕的地区较大的减排压力问题，本发明提供了一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，具体技术方案如下：
本发明提供一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，包括以下步骤：
S1、以送受端总运行成本和网损为目标函数，计及联络线传输功率约束，建立互联电力系统优化运行模型；
S2、通过获取电力系统运行数据与系统参数，建立互联电力系统潮流解耦算法；
S3、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路碳流率向量；
S4、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路网损碳流率；
S5、建立网损碳流率双向分摊模型；
S6、建立互联电力系统碳排放责任分摊模型。
优选的，建立互联电力系统优化运行模型的目标函数如下所示：
Figure SMS_1
Figure SMS_2
/>
Cline,t＝cline,tPline,t+cline2,tPline2,t+λPline3,t
式中，CH,t和Cline,t分别为t时刻火电机组调度成本和联络线运行成本；T为总时长；an,bn,cn为第n个调峰火电机组耗量特性参数；Pn,H,t为第n个调峰火电机组t时刻出力；nH为调峰火电机组个数；Sc为当季单位煤炭价格；SH为火电机组启动费用；Pline,t和Pline2,t分别为t时刻送、受端上级交换功率；Pline3,t为t时刻跨区联络功率；cline,t和cline2,t分别为送、受端峰谷电价；λ为外送成本。
优选的，建立互联电力系统优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、节点电压约束、联络线约束和火电机组爬坡约束。
优选的，建立互联系统潮流解耦算法，具体是将互联系统分为区域1和区域2，并在区域联络线上插入虚拟节点k，定义系统所有节点标号为i到j，其中i-k为区域1所包含的节点，k-j为区域2所包含的节点。
优选的，在系统规模较大时，把整个电网分为N个区域，并把变量按照顺序排列,得到线性方程，在通过添加待求解的独立变量向量得到多区域互联系统潮流计算修正矩阵，矩阵的对角部分为每个区域在潮流计算中对本区域变量的求导，非对角部分为对其他区域变量的求导，最后一行一列对应虚拟节点构成的虚拟网络雅克比矩阵。
优选的，建立联络线支路碳流率的计算方法具体如下：
S301、计算系统潮流；
S302、根据潮流计算结果生成支路潮流分布矩阵PB、机组注入分布矩阵PG、节点有功通量矩阵PN；
S303、计算||PN||的值。若为0，则将PN中对角元为0所在行的对应节点和与之相连的机组和线路从电网中除去；若不为0，则跳转步骤S304；
S304、根据公式计算系统所有节点的碳势，碳势计算公式如下所示：
Figure SMS_3
其中，EN为节点碳势向量，设第i个节点的碳势为eNi，节点碳势向量可表示为：
EN＝[eG1 eG2…eGk]T
S305、支路碳流率分布矩阵为RB＝(RBij)NXN,其计算方法如下式所示：
RB＝PBdiag(EN)
优选的，建立联络线网损碳流率的计算，包括计算机组注入碳流率、计算负荷碳流率向量以及计算网损碳流率。
优选的，建立网损的双向分摊方法，具体为引入0～1区间内的可调参数α，将网络损耗的α分摊给送电区域，将剩余的部分1-α分摊给受电区域。
优选的，建立互联电力系统碳排放责任分摊方法具体步骤如下：
S601、送电侧由电力输送承担的碳排放责任量为：
Figure SMS_4
式中，Cs为送电端在时间T内承担的碳排放责任量，I为区域联络线的数量，
Figure SMS_5
为支路i在t时刻的送电侧网损碳流率份额，/>
Figure SMS_6
为支路i在t时刻的网损功率。/>
S602、受点侧由电力输送承担的碳排放责任量为：
Figure SMS_7
式中，Cc为送电端在时间T内承担的碳排放责任量，I为区域联络线的数量，
Figure SMS_8
为支路i在t时刻的受电侧网损碳流率份额，/>
Figure SMS_9
为支路i在t时刻的网损功率；/>
Figure SMS_10
为支路i在t时刻的支路碳流率，/>
Figure SMS_11
为支路i在t时刻的支路功率。
优选的，线性方程的分解算法的计算步骤如下所示：
S201、对各个区域变量赋初始值；
S202、采用牛顿-拉夫逊法计算潮流得到各个区域级边界区域的修正；
S203、利用稀疏技术及三角分解法循环求解各个区域的潮流方程，并更新各区域修正量；
S204、最后求解虚拟网络潮流方程的修正量。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于碳排放流的互联电力系统碳排放责任分摊方法，通过建立互联电力系统潮流解耦算法、计算联络线支路碳流率向量、计算联络线支路网损碳流率、建立网损碳流率双向分摊模型，得到互联电力系统碳排放责任分摊模型，从而清晰了碳排放责任的界定，电力输送产生的碳排放合理的分配，使得减轻了电力丰裕的地区较大的减排压力。
附图说明
图1为本发明创造的实施例所述的基于碳排放流的互联电力系统碳排放责任分摊方法的示意图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
为了解决电力丰裕的地区较大的减排压力问题，提出如图1所示的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，包括以下步骤：
S1、以送受端总运行成本和网损为目标函数，计及联络线传输功率约束，建立互联电力系统优化运行模型；
S2、通过获取电力系统运行数据与系统参数，建立互联电力系统潮流解耦算法；
S3、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路碳流率向量；
S4、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路网损碳流率；
S5、建立网损碳流率双向分摊模型；
S6、建立互联电力系统碳排放责任分摊模型。
作为本发明的具体实施方式，互联电力系统优化运行模型的目标函数如下所示：
Figure SMS_12
Figure SMS_13
Cline,t＝cline,tPline,t+cline2,tPline2,t+λPline3,t (3)
式中，CH,t和Cline,t分别为t时刻火电机组调度成本和联络线运行成本；T为总时长；an，bn，cn为第n个调峰火电机组耗量特性参数；Pn,H,t为第n个调峰火电机组t时刻出力；nH为调峰火电机组个数；Sc为当季单位煤炭价格；SH为火电机组启动费用；Pline,t和Pline2,t分别为t时刻送、受端上级交换功率；Pline3,t为t时刻跨区联络功率；cline,t和cline2,t分别为送、受端峰谷电价；λ为外送成本。
作为本发明的具体实施方式，建立互联电力系统优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、节点电压约束、联络线约束和火电机组爬坡约束，具体如下：
功率平衡约束如下所示：
Figure SMS_14
Figure SMS_15
式中，as和aR分别为送、受端负荷节点数；
Figure SMS_16
为t时刻送端节点i的负荷功率；
Figure SMS_17
PWT,t和PPV,t分别为t时刻送端常规火电、风机和光伏机组出力预测值；
Figure SMS_18
为t时刻受端节点k的负荷功率；/>
Figure SMS_19
为t时刻手段常规火电机组出力预测值；
节点电压约束如下所示：
V'i,min≤V'i,t≤V'i,max (6)
V'k,min≤V'k,t≤V'k,max (7)
式中，V'i,min和V'i,max分别为送端节点i电压V'i,t的下限和上限；V'k,min和V'k,max分别为送端节点i电压V'k,t的下限和上限；
联络线约束如下所示：
Pline3,t≥0 (8)
Pline3,min≤Pline3,t≤Pline3,max (9)
式中，Pline3,min和Pline3,max分别为互联系统联络线功率的下限和上限。
火电机组出力约束如下所示：
Pn,H,min≤Pn,H,t≤Pn,H,max (10)
式中：Pn,H,min和Pn,H,max分别为机组n功率的下限和上限。
火电机组爬坡约束为：
Pn,down≤Pn,H,t-Pn,H,t-1≤Pn,up (11)
式中：Pn,down和Pn,up分别为机组n爬坡速率的下限和上限。
作为本发明的具体实施方式，获取电力系统运行数据与系统参数，建立互联电力系统潮流解耦算法；
将互联系统分为区域1和区域2，并在区域联络线上插入虚拟节点k，定义系统所有节点标号为i到j，其中i-k为区域1所包含的节点，k-j为区域2所包含的节点。
互联系统的潮流方程可修正为以下形式：
Figure SMS_20
式中，z1和z2分别表示区域1和区域2的潮流方程，Au为雅克比矩阵，ΔXi为区域i中待求的解。
在系统规模较大时，按照上式所示，把整个电网分为N个区域，并把变量按照顺序排列，得到下式所示线性方程。
Figure SMS_21
上式为多区域互联系统潮流计算修正矩阵，矩阵b为待求解的独立变量向量。矩阵的对角部分为每个区域在潮流计算中对本区域变量的求导，非对角部分为对其他区域变量的求导，最后一行一列对应虚拟节点构成的虚拟网络雅克比矩阵。
分解算法的计算步骤如下所示：
S201、对各个区域变量赋初始值；
S202、采用牛顿-拉夫逊法计算潮流得到各个区域级边界区域的修正；
S203、利用稀疏技术及三角分解法循环求解各个区域的潮流方程，并更新各区域修正量ΔXi；
S204、最后求解虚拟网络潮流方程的修正量ΔXB。
作为本发明的具体实施方式，建立联络线支路碳流率的计算方法具体如下：
S301、计算系统潮流,并生成发电机组碳排放向量EG；设某系统有N个节点，其中K个节点存在机组注入，M个节点存在负荷。设第k(k＝1,2,…,K)台发电机组的碳排放强度为eGk，则发电机组碳排放强度向量可表示为：
EG＝[eG1 eG2…eGk]T (14)
S302、根据潮流计算结果生成支路潮流分布矩阵PB、机组注入分布矩阵PG、节点有功通量矩阵PN；
支路潮流分布矩阵为N阶方阵，该矩阵用于描述电力系统有功潮流分布。若节点i与节点j(i,j＝1,2,…,N)间有支路相连，经此节点从节点i到节点j流过的正向的有功潮流为p，则pBij＝p,pBji＝0；若流经该支路的有功潮流p为反向潮流，则pBij＝0,pBji＝p；其它情况下pBij＝pBji＝0；所有对角元素均为0。
机组注入分布矩阵为K×N阶矩阵，该矩阵用于描述所有发电机组与电力系统的连接关系以及机组向系统中注入的有功功率。若第k(k＝1,2,…,K)台发电机组接入节点j,且从第k个含有发电机的节点注入节点j的有功潮流为pGkj。
节点有功通量矩阵是N阶对角阵，矩阵元素表示考虑潮流方向下流入节点的有功潮流的绝对量，具体定义如下：
对节点i，令I+表示有功潮流流入节点i的支路集合，pBs为支路s的有功功率，则有：
PNii＝∑s∈I+pBs+pGi (15)
式中：pGi为接入节点i的发电机组出力，若该节点无发电机组或发电机组出力为0，则pGi＝0,即矩阵所有的非对角元素均为0
S303、计算||PN||的值。若为0，则将PN中对角元为0所在行的对应节点和与之相连的机组和线路从电网中除去；若不为0，则跳转步骤S304；
S304、根据公式计算系统所有节点的碳势，碳势计算公式如下所示：
Figure SMS_22
其中，EN为节点碳势向量，设第i个节点的碳势为eNi，节点碳势向量可表示为：
EN＝[eG1 eG2…eGk]T (17)
S305、支路碳流率分布矩阵为RB＝(RBij)NXN,其计算方法如下式所示：
RB＝PBdiag(EN) (18)
作为本发明的具体实施方式，建立联络线网损碳流率的计算，包括计算机组注入碳流率、计算负荷碳流率向量以及计算网损碳流率。
机组注入碳流率的计算方法如下所示：
Figure SMS_23
负荷碳流率向量的计算方法如下式所示：
RL＝PLEN (20)
网损碳流率的计算方法如下式所示：
Figure SMS_24
作为本发明的具体实施方式，建立网损的双向分摊方法，具体为引入0～1区间内的可调参数α，将网络损耗的α分摊给送电区域，将剩余的部分1-α分摊给受电区域，送电区域和受电区域分别承担的网损份额为：
Figure SMS_25
作为本发明的具体实施方式，建立互联电力系统碳排放责任分摊方法具体步骤如下：
S601、送电侧由电力输送承担的碳排放责任量为：
Figure SMS_26
式中，Cs为送电端在时间T内承担的碳排放责任量，I为区域联络线的数量，
Figure SMS_27
为支路i在t时刻的送电侧网损碳流率份额，/>
Figure SMS_28
为支路i在t时刻的网损功率。
S602、受点侧由电力输送承担的碳排放责任量为：
Figure SMS_29
式中，Cc为送电端在时间T内承担的碳排放责任量，I为区域联络线的数量，
Figure SMS_30
为支路i在t时刻的受电侧网损碳流率份额，/>
Figure SMS_31
为支路i在t时刻的网损功率；/>
Figure SMS_32
为支路i在t时刻的支路碳流率，/>
Figure SMS_33
为支路i在t时刻的支路功率。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以送受端总运行成本和网损为目标函数，计及联络线传输功率约束，建立互联电力系统优化运行模型；
S2、通过获取电力系统运行数据与系统参数，建立互联电力系统潮流解耦算法；
S3、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路碳流率向量；
S4、根据电力系统碳排放流理论，计算联络线支路网损碳流率；
S5、建立网损碳流率双向分摊模型；
S6、建立互联电力系统碳排放责任分摊模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立互联电力系统优化运行模型的目标函数如下所示：
Figure FDA0004043164460000011
Figure FDA0004043164460000012
Cline,t＝cline,tPline,t+cline2,tPline2,t+λPline3,t
式中，CH,t和Cline,t分别为t时刻火电机组调度成本和联络线运行成本；T为总时长；
an,bn,cn为第n个调峰火电机组耗量特性参数；Pn,H,t为第n个调峰火电机组t时刻出力；nH为调峰火电机组个数；Sc为当季单位煤炭价格；SH为火电机组启动费用；Pline,t和Pline2,t分别为t时刻送、受端上级交换功率；Pline3,t为t时刻跨区联络功率；cline,t和cline2,t分别为送、受端峰谷电价；λ为外送成本。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立互联电力系统优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、节点电压约束、联络线约束和火电机组爬坡约束。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立互联系统潮流解耦算法，具体是将互联系统分为区域1和区域2，并在区域联络线上插入虚拟节点k，定义系统所有节点标号为i到j，其中i-k为区域1所包含的节点，k-j为区域2所包含的节点。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：在系统规模较大时，把整个电网分为N个区域，并把变量按照顺序排列,得到线性方程，在通过添加待求解的独立变量向量得到多区域互联系统潮流计算修正矩阵，矩阵的对角部分为每个区域在潮流计算中对本区域变量的求导，非对角部分为对其他区域变量的求导，最后一行一列对应虚拟节点构成的虚拟网络雅克比矩阵。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立联络线支路碳流率的计算方法具体如下：
S301、计算系统潮流；
S302、根据潮流计算结果生成支路潮流分布矩阵PB、机组注入分布矩阵PG、节点有功通量矩阵PN；
S303、计算||PN||的值。若为0，则将PN中对角元为0所在行的对应节点和与之相连的机组和线路从电网中除去；若不为0，则跳转步骤S304；
S304、根据公式计算系统所有节点的碳势，碳势计算公式如下所示：
Figure FDA0004043164460000021
其中，EN为节点碳势向量，设第i个节点的碳势为eNi，节点碳势向量可表示为：
EN＝[eG1 eG2…eGk]T
S305、支路碳流率分布矩阵为RB＝(RBij)NXN,其计算方法如下式所示：
RB＝PBdiag(EN)
7.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立联络线网损碳流率的计算，包括计算机组注入碳流率、计算负荷碳流率向量以及计算网损碳流率。
8.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立网损的双向分摊方法，具体为引入0～1区间内的可调参数α，将网络损耗的α分摊给送电区域，将剩余的部分1-α分摊给受电区域。
9.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：建立互联电力系统碳排放责任分摊方法具体步骤如下：
S601、送电侧由电力输送承担的碳排放责任量为：
Figure FDA0004043164460000031
式中，Cs为送电端在时间T内承担的碳排放责任量，I为区域联络线的数量，
Figure FDA0004043164460000032
为支路i在t时刻的送电侧网损碳流率份额，/>
Figure FDA0004043164460000033
为支路i在t时刻的网损功率。
S602、受点侧由电力输送承担的碳排放责任量为：
Figure FDA0004043164460000034
式中，Cc为送电端在时间T内承担的碳排放责任量，I为区域联络线的数量，
Figure FDA0004043164460000035
为支路i在t时刻的受电侧网损碳流率份额，/>
Figure FDA0004043164460000036
为支路i在t时刻的网损功率；/>
Figure FDA0004043164460000037
为支路i在t时刻的支路碳流率，/>
Figure FDA0004043164460000038
为支路i在t时刻的支路功率。
10.根据权利要求5所述的一种基于碳排放流的互联电网的碳排放责任划分方法，其特征在于：线性方程的分解算法的计算步骤如下所示：
S201、对各个区域变量赋初始值；
S202、采用牛顿-拉夫逊法计算潮流得到各个区域级边界区域的修正；
S203、利用稀疏技术及三角分解法循环求解各个区域的潮流方程，并更新各区域修正量；
S204、最后求解虚拟网络潮流方程的修正量。
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