CN117371650B - 考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法及系统，包括：获取当前时刻系统相关参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量；基于碳排放流理论，计算节点碳势和支路碳流密度；计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率和等效碳排放量；负荷侧电能替代后计算减碳效益并对碳势进行修正，根据修正值计算电能替代后下一时刻的碳势并提出针对负荷侧用能的节能降碳建议。本发明计算考虑用户侧电能替代的配电网各支路和负荷侧的碳排放量，有利于配电网的低碳运行和用户侧的节能降碳。

Description

考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法及系统
技术领域
本发明属于配电网碳排放核算领域，具体涉及一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法及系统。
背景技术
为实现节能降碳目标，能源是主战场，电力是主阵地。作为碳达峰、碳中和的重要手段，精确的碳计量对于高效地管理碳排放是至关重要的。
电力系统全环节碳排放的精准碳计量也成为了低碳发展背景下电力系统的关键科学问题之一。准确、全面的电力系统碳计量与分析方法是量化电力相关碳排放数据，理清电力行业碳排放现状与趋势，挖掘电力系统全环节碳减排潜力，引导电力用户互动减碳，是支撑电碳耦合市场建设的关键技术。
对电力行业而言，间接碳排放将电力系统碳排放责任从源侧传导至荷侧。电力系统碳排放流理论为电力系统的间接碳计量提供了新的研究思路。碳随二次能源流动而转移，虚拟的碳排放流依附于电力潮流存在且随潮流沿电网移动，直至用电终端。通过分析虚拟碳排放流，将发电过程中产生的碳排放传导至用户，从而研究用户用电行差异对碳排放的影响，以推进减碳政策的实施和引导用户的减碳行为。本发明在传统碳流理论的基础上充分考虑负荷侧电能替代的行为，提出一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，旨在实现配电网的低碳运行和用户侧的节能降碳。
发明内容
针对配电网碳计量缺乏用户侧参与的问题，本发明提供一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法及系统，能够实现配电网的低碳运行和用户侧的节能降碳。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，包括以下步骤：
步骤1：获取当前时刻系统中各节点负荷(包括有功和无功负荷)、发电机有功和无功出力、网络拓扑结构以及电阻、电抗等相关技术参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；
步骤2：对步骤1中的结果进行处理，构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量；
步骤3：基于碳排放流理论，计算荷侧节点碳势和网测支路碳流密度；
步骤4：对步骤3中的结果进行处理，计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率即等效碳排放量；
步骤5：负荷侧电能替代后计算减碳效益并对碳势进行修正，根据修正结果计算碳流率并提出针对负荷侧用能的节能降碳建议。
进一步地，步骤1)中电力系统的碳排放流与功率流直接相关，在碳流计算之前，需事先确定网络中的功率分布。对于一个含n个节点的电力系统，其节点有功和无功潮流平衡方程如下式：
式中，PGi、QGi分别为接入节点i的发电机有功和无功输出；PLi、QLi分别为接入节点i的有功和无功负荷；Gij、Bij分别为支路i-j电导和电纳的负值；Ui、Uj分别为节点i和节点j的电压幅值；δij为节点i和节点j的电压角度差，即δij＝δi-δj，其中δi和δj分别为节点i和节点j的电压角度。
根据上述潮流计算结果，各支路传输有功和损耗计算公式如下：
Pij＝ViVj(Gijcosδij+Bijsinδij)
式中，Pij为流经支路i-j的有功功率，其正方向为节点i到节点j；为支路i-j的有功损耗。
进一步地，步骤2)中所述物理量包括以下：
①支路潮流分布矩阵为N阶方阵，用PB＝(PBij)N×N表示。定义该矩阵的目的是为了描述电力系统的有功潮流分布，从电力网络层面给定碳排放流分布的边界条件。该矩阵既包含电力网络的拓扑结构信息，又包含系统稳态有功潮流的分布信息。支路潮流分布矩阵中的元素具体定义如下：
若节点i与节点j间有支路相连，且经此支路从节点i到节点j流过的正向有功潮流为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；其他情况下PBij＝PBji＝0。特别地，对所有对角元素，有PBii＝0。
②机组注入分布矩阵为K×N阶矩阵，用PG＝(PGkj)K×N表示。定义该矩阵的目的是为了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，同时也是便于描述系统中发电机组产生碳排放流的边界条件。矩阵中的元素具体定义如下：
若第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p，则PGkj＝p，否则PGkj＝0。
③节点有功通量矩阵为N阶对角阵，用PN＝(PNij)N×N表示。根据基尔霍夫电流定律，任何时刻对任意节点，所有流入、流出该节点的支路电流的绝对值相等，代数和恒等于0。由此，在潮流分析中，任意节点的净注入功率均为0。但在碳流计算中，节点碳势只受注入潮流的影响，从节点流出的潮流对节点碳势不产生影响。因此，相比流经节点电流和潮流的代数和，碳流计算更关注考虑潮流方向下流入节点有功潮流的“绝对量”，称之为节点有功通量。在碳流计算中，将利用此概念来描述系统中发电机组对节点以及节点对节点碳势的贡献。节点有功通量矩阵的元素具体定义如下：
对节点i，令I+表示有潮流流入节点i的支路集合，pBs为支路s的有功功率，则有：
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。该矩阵中所有非对角元素PNij＝0。
④负荷分布矩阵为M×N阶矩阵，用PL＝(PLmj)M×N表示。定义该矩阵的目的是描述所有用电负荷与电力系统的连接关系以及有功负荷量，以描述系统中电力用户消费碳排放流的边界条件，矩阵中的元素具体定义如下：
若节点j是第m个存在负荷的节点，且有功负荷为p，则则PLmj＝p，否则PLmj＝0。
⑤不同发电机组具有不同的碳排放特性，在碳流计算中为已知条件，可组成系统的发电机组碳排放强度向量。设第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 eG3 … eGk]T
进一步地，步骤3)中碳势的物理意义都可以定义为在该节点消耗单位电量所造成的等效于发电侧的碳排放值，其量纲一般为kgCO2/(kWh)。由节点碳势的定义，可得系统中t时刻节点j的碳势eNj：
式中，J+表示有潮流流入节点j的支路集合；pBs为支路s的有功功率；pGj为接入节点j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pGj＝0；eGj为发电机组的碳排放强度；ρs为支路s的碳流密度。
根据碳排放流的性质，支路碳流密度ρs可由支路始端节点碳势替代，将上式改成以下矩阵形式：
式中：为N维单位行向量，其中第j个元素为1；
根据节点有功通量矩阵的定义，可得：
由以上两式可得：
由于PN矩阵为对角阵，将上式扩充至全系统维度，可得：
整理后可得系统所有节点的碳势计算公式为：
式中，为t时刻节点碳势向量，/>
进一步地，步骤4)中计算得到节点碳势向量后，可进一步得到系统各个支路的碳流率和负荷碳流率。
①支路碳流率分布矩阵为N阶方阵，用表示。支路碳流率分布矩阵元素定义与支路潮流分布矩阵相似。若节点i与节点间有支路相连,且经此支路从节点i到节点j流过正向碳流率为R，则/>若流经该支路的碳流率R为反向，则其他情况下/>特别地，对所有对角元素，有/>
式中，为支路潮流分布矩阵；/>为支路损耗分布矩阵即损耗碳流率，由支路i-j的有功损耗/>组成；/>为节点碳势向量。
②负荷碳流率为M维向量，用表示。物理意义为发电侧为供应节点负荷每单位时间产生的碳排放量。计算得到节点碳势向量后，节点负荷的用电碳排放强度与该节点碳势相等,结合负荷分布矩阵，可得所有负荷对应的碳流率。对第m个存在负荷的节点,与其负荷对应的碳流率为/>则负荷碳流率向量可表示为：
式中，为负荷分布矩阵；/>为节点碳势向量。
进一步地，步骤5)中进行负荷侧电能替代，以空气源热泵为例进行热负荷电能替代。
基于小时级的热负荷需求数据，计算传统化石能源供能所产生的碳排放。假定实施电能替代之前，节点热负荷主要由燃煤锅炉产生的热力满足，此时的碳排放量主要取决于化石燃料的消耗量，二者之间的关系见下式：
式中，NCVj为第j种化石燃料的平均低位发热量，FCj,t为第j种化石燃料t时段的消耗量，CFj为第j种化石燃料的碳排放因子，j为化石燃料类型；
计及管道传输的热损失，室外供热管网输送效率β，已知t时段节点的热负荷需求为Hl,t，则t时段所需供热量为：
根据能量守恒，由节点热力需求Ht推导出锅炉的燃煤量为：
式中，FCcoal,t为燃煤锅炉t时段的耗煤量，NCVcoal为标准煤的平均低位发热量，ηcoal为锅炉热效率，受锅炉型号、新旧程度的影响，ADfuel,t为t时段供热设备消耗的外购化石能源总量。
基于小时级的热负荷需求数据，计算实施电能替代后节点供热产生的碳排放量及其减碳效益。假定实施电能替代之后，节点热负荷主要由空气源热泵产生的热力满足。
根据能量守恒定律，由节点热力需求Ht推导出气源热泵的耗电量为：
式中，Pheat,t为t时段节点电能替代后用于热负荷的用电量，COPcor为机组实际制热性能系数，COPicy为忽略机组除霜影响后的机组制热性能系数，COPred为除霜过程中机组COP的衰减率。
此时的碳排放量主要取决于电能的消耗量，二者之间的关系见下式：
则节点的供热进行电能替代后的减碳效益为：
Crd,t＝Cfuel,t-Cheat,t
电能替代之后，负荷侧用能效率提高，即消耗同样的电量用能效益更高，可等效于负荷侧相较于电能替代前碳排放量较少即减碳效益，则电能替代后负荷碳流率/>可表示为：
根据可得t时刻电能替代后的碳势/>表示为：
则t时刻电能替代前后碳势的修正值可表示为：
由于t+1时刻与t时刻潮流信息不相同，因而不能用修正后的碳势来表征下一时刻的状态，需要在t+1时刻的基础上，用电能替代后的修正值来表示t+1时刻修正后的碳势，按照碳势的计算公式可得修正前t+1时刻的碳势/>为：
则t+1时刻修正后的碳势为：
则电能替代后t+1时刻的碳流率为：
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明负荷侧电能替代后计算减碳效益并对碳势进行修正，根据修正值计算电能替代后下一时刻的碳势并提出针对负荷侧用能的节能降碳建议，本发明能有效计算考虑用户侧电能替代的配电网各支路和负荷侧的碳排放量，有利于配电网的低碳运行和用户侧的节能降碳。
附图说明
图1是考虑电能替代的碳排放流计算流程图。
图2是电能替代后节点碳势对比曲线图。
图3是电能替代后节点碳流率对比曲线图。
图4是电能替代后节点碳排放量统计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提出的考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法做出详细说明。
本发明所涉及方法包括以下环节：获取当前时刻系统各节点信息并进行潮流计算、基于碳排放流理论对节点碳势和碳流率进行计算、对负荷侧进行电能替代并进行碳势修正等。
其中，获取当前时刻系统中各节点负荷(包括有功和无功负荷)、发电机有功和无功出力、网络拓扑结构以及电阻、电抗等相关技术参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；基于碳排放流理论，构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量，计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率即等效碳排放量；负荷侧电能替代后计算减碳效益并对碳势进行修正，根据修正结果计算碳流率并提出针对负荷侧用能的节能降碳建议。
具体的，本发明提出考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，如图1所示，包括如下步骤：
1)获取当前时刻系统中各节点负荷(包括有功和无功负荷)、发电机有功和无功出力、网络拓扑结构以及电阻、电抗等相关技术参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；
电力系统的碳排放流与功率流直接相关，在碳流计算之前，需事先确定网络中的功率分布。对于一个含n个节点的电力系统，其节点有功和无功潮流平衡方程如下式：
式中，PGi、QGi分别为接入节点i的发电机有功和无功输出；PLi、QLi分别为接入节点i的有功和无功负荷；Gij、Bij分别为支路i-j电导和电纳的负值；Ui、Uj分别为节点i和节点j的电压幅值；δij为节点i和节点j的电压角度差，即δij＝δi-δj，其中δi和δj分别为节点i和节点j的电压角度。
根据上述潮流计算结果，各支路传输有功和损耗计算公式如下：
Pij＝ViVj(Gijcosδij+Bijsinδij)
式中，Pij为流经支路i-j的有功功率，其正方向为节点i到节点j；为支路i-j的有功损耗。
2)基于步骤1对步骤中的结果进行处理，构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量(即发电碳排放因子)；
①支路潮流分布矩阵为N阶方阵，用PB＝(PBij)N×N表示。定义该矩阵的目的是为了描述电力系统的有功潮流分布，从电力网络层面给定碳排放流分布的边界条件。该矩阵既包含电力网络的拓扑结构信息，又包含系统稳态有功潮流的分布信息。支路潮流分布矩阵中的元素具体定义如下：
若节点i与节点j间有支路相连，且经此支路从节点i到节点j流过的正向有功潮流为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；其他情况下PBij＝PBji＝0。特别地，对所有对角元素，有PBii＝0。
②机组注入分布矩阵为K×N阶矩阵，用PG＝(PGkj)K×N表示。定义该矩阵的目的是为了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，同时也是便于描述系统中发电机组产生碳排放流的边界条件。矩阵中的元素具体定义如下：
若第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p，则PGkj＝p，否则PGkj＝0。
③节点有功通量矩阵为N阶对角阵，用PN＝(PNij)N×N表示。根据基尔霍夫电流定律，任何时刻对任意节点，所有流入、流出该节点的支路电流的绝对值相等，代数和恒等于0。由此，在潮流分析中，任意节点的净注入功率均为0。但在碳流计算中，节点碳势只受注入潮流的影响，从节点流出的潮流对节点碳势不产生影响。因此，相比流经节点电流和潮流的代数和，碳流计算更关注考虑潮流方向下流入节点有功潮流的“绝对量”，称之为节点有功通量。在碳流计算中，将利用此概念来描述系统中发电机组对节点以及节点对节点碳势的贡献。节点有功通量矩阵的元素具体定义如下：
对节点i，令I+表示有潮流流入节点i的支路集合，pBs为支路s的有功功率，则有：
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。该矩阵中所有非对角元素PNij＝0。
④负荷分布矩阵为M×N阶矩阵，用PL＝(PLmj)M×N表示。定义该矩阵的目的是描述所有用电负荷与电力系统的连接关系以及有功负荷量，以描述系统中电力用户消费碳排放流的边界条件，矩阵中的元素具体定义如下：
若节点j是第m个存在负荷的节点，且有功负荷为p，则则PLmj＝p，否则PLmj＝0。
⑤不同发电机组具有不同的碳排放特性，在碳流计算中为已知条件，可组成系统的发电机组碳排放强度向量。设第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 eG3 … eGK]T
3)基于碳排放流理论，计算节点碳势和支路碳流密度；
碳势的物理意义都可以定义为在该节点消耗单位电量所造成的等效于发电侧的碳排放值，其量纲一般为kgCO2/(kWh)。由节点碳势的定义，可得系统中t时刻节点j的碳势eNj：
式中，J+表示有潮流流入节点j的支路集合；pBs为支路s的有功功率；pGj为接入节点j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pGj＝0；eGj为发电机组的碳排放强度；ρs为支路s的碳流密度。
根据碳排放流的性质，支路碳流密度ρs可由支路始端节点碳势替代，将上式改成以下矩阵形式：
式中：为N维单位行向量，其中第j个元素为1；
根据节点有功通量矩阵的定义，可得：
由以上两式可得：
由于PN矩阵为对角阵，将上式扩充至全系统维度，可得：
整理后可得系统所有节点的碳势计算公式为：
式中，为t时刻节点碳势向量，/>
4)对步骤3中的结果进行处理，计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率即等效碳排放量；
计算得到节点碳势向量后，可进一步得到系统各个支路的碳流率和负荷碳流率。
①支路碳流率分布矩阵为N阶方阵，用表示。支路碳流率分布矩阵元素定义与支路潮流分布矩阵相似。若节点i与节点间有支路相连,且经此支路从节点i到节点j流过正向碳流率为R，则/>若流经该支路的碳流率R为反向，则其他情况下/>特别地，对所有对角元素，有/>
式中，为支路潮流分布矩阵；/>为支路损耗分布矩阵；/>为节点碳势向量。
②负荷碳流率为M维向量，用表示。物理意义为发电侧为供应节点负荷每单位时间产生的碳排放量。计算得到节点碳势向量后，节点负荷的用电碳排放强度与该节点碳势相等,结合负荷分布矩阵，可得所有负荷对应的碳流率。对第m个存在负荷的节点,与其负荷对应的碳流率为/>则负荷碳流率向量可表示为：
式中，为负荷分布矩阵；/>为节点碳势向量。
5)负荷侧电能替代后计算减碳效益并对碳势进行修正，根据修正结果计算碳流率；
进行负荷侧电能替代，以空气源热泵为例进行热负荷电能替代。
基于小时级的热负荷需求数据，计算传统化石能源供能所产生的碳排放。假定实施电能替代之前，节点热负荷主要由燃煤锅炉产生的热力满足，此时的碳排放量主要取决于化石燃料的消耗量，二者之间的关系见下式：
式中，NCVj为第j种化石燃料的平均低位发热量，FCj,t为第j种化石燃料t时段的消耗量，CFj为第j种化石燃料的碳排放因子，j为化石燃料类型；
计及管道传输的热损失，室外供热管网输送效率β，已知t时段节点的热负荷需求为Hl,t，则t时段所需供热量为：
根据能量守恒，由节点热力需求Ht推导出锅炉的燃煤量为：
式中，FCcoal,t为燃煤锅炉t时段的耗煤量，NCVcoal为标准煤的平均低位发热量，ηcoal为锅炉热效率，受锅炉型号、新旧程度的影响，ADfuel,t为t时段供热设备消耗的外购化石能源总量。
基于小时级的热负荷需求数据，计算实施电能替代后节点供热产生的碳排放量及其减碳效益。假定实施电能替代之后，节点热负荷主要由空气源热泵产生的热力满足。
根据能量守恒定律，由节点热力需求Ht推导出气源热泵的耗电量为：
式中，Pheat,t为t时段节点电能替代后用于热负荷的用电量，COPcor为机组实际制热性能系数，COPicy为忽略机组除霜影响后的机组制热性能系数，COPred为除霜过程中机组COP的衰减率。
此时的碳排放量主要取决于电能的消耗量，二者之间的关系见下式：
则节点的供热进行电能替代后的减碳效益为：
Crd,t＝Cfuel,t-Cheat,t
电能替代之后，负荷侧用能效率提高，即消耗同样的电量用能效益更高，可等效于负荷侧相较于电能替代前碳排放量较少即减碳效益，则电能替代后负荷碳流率/>可表示为：
根据可得t时刻电能替代后的碳势/>表示为：
则t时刻电能替代前后碳势的修正值可表示为：
由于t+1时刻与t时刻潮流信息不相同，因而不能用修正后的碳势来表征下一时刻的状态，需要在t+1时刻的基础上，用电能替代后的修正值来表示t+1时刻修正后的碳势，按照碳势的计算公式可得修正前t+1时刻的碳势/>为：
则t+1时刻修正后的碳势为：
则电能替代后t+1时刻的碳流率为：
一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量系统，包括各支路有功功率和损耗计算单元、碳排放因子确定单元、节点碳势和支路碳流密度计算单元、碳排放量计算单元和修正单元；其中：
所述各支路有功功率和损耗计算单元用于获取当前时刻系统参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；
所述碳排放因子确定单元用于构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量；
所述节点碳势和支路碳流密度计算单元用于通过通过碳排放流理论计算节点碳势和支路碳流密度；
所述碳排放量计算单元用于计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率，即等效碳排放量；
所述修正单元通过负荷侧电能替代对碳势进行修正。
该系统包含上述方法的全部技术特征，在此不再累述。
为验证本方法的有效性，结合上述步骤，以IEEE14母线系统进行算例分析。执行算例仿真的软件MATLAB_R2021b。所使用的仿真平台处理器为AMD Ryzen 74800U，内存为16GB，操作系统为64位Windows 11。对节点4和13电能替代后对碳势进行修正，结果对比图如图2所示，并在此基础上对重新计算碳流率并以燃料排放因子法为对照，结果对比图如图3所示，电能替代后节点碳排放量统计如图4所示，由图2-图4可见，本方法对负荷侧进行电能替代以在传统碳排放流的基础上对碳势进行修正，实现了配网的低碳运行和用户侧的节能减碳。

Claims (10)

1.一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取当前时刻系统参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；
基于各支路有功功率和损耗，构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量；
基于支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵、负荷分布矩阵和发电机组碳排放强度向量，通过碳排放流理论计算节点碳势和支路碳流密度；
基于节点碳势和支路碳流密度，计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率，即等效碳排放量；
基于各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率，通过负荷侧电能替代对碳势进行修正，进而获取配电网精准碳计量；
所述计算节点碳势和支路碳流密度具体包括：
确定系统中t时刻节点j的碳势为：
其中，J+表示有潮流流入节点j的支路集合；pBs为支路s的有功功率；pGj为接入节点j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pGj＝0；eGj为发电机组的碳排放强度；ρs为支路s的碳流密度；
所述支路碳流密度由支路始端节点碳势替代为：
式中：为N维单位行向量，其中第j个元素为1，K为发电机组，PBvj为路潮流分布矩阵中第v行第j列的元素，PGtj为机组注入分布矩阵中第t行第j列的元素；
则所述系统所有节点的碳势为：
式中，为t时刻节点碳势向量，/> 和EG分别为t时刻的节点有功通量矩阵、支路潮流分布矩阵、机组注入分布矩阵和发电机组碳排放强度向量；
所述计算各节点负荷碳流率包括：负荷碳流率为M维向量，用 表示，计算得到节点碳势向量后，节点负荷的用电碳排放强度与该节点碳势相等，结合负荷分布矩阵，可得所有负荷对应的碳流率，令第m个存在负荷的节点与其负荷对应的碳流率为则负荷碳流率向量可表示为：
式中，为负荷分布矩阵；/>为节点碳势向量；
所述计算支路碳流率包括：支路碳流率分布矩阵为N阶方阵，用 表示，支路碳流率分布矩阵元素定义为：若节点i与节点间有支路相连，且经此支路从节点i到节点j流过正向碳流率为R，则/>若流经该支路的碳流率R为反向，则其他情况下/> 对所有对角元素，有/>则有：
式中，为支路潮流分布矩阵；/>为支路损耗分布矩阵即损耗碳流率，由支路i-j的有功损耗/>组成；/>为节点碳势向量；
所述负荷侧电能替代为对空气源热泵进行热负荷电能替代，所述对碳势进行修正具体包括：
基于化石燃料的消耗量确定碳排放量Cfuel,t为：
式中，NCVj为第j种化石燃料的平均低位发热量，FCj,t为第j种化石燃料t时段的消耗量，CFj为第j种化石燃料的碳排放因子，j为化石燃料类型；
令室外供热管网输送效率为β，已知t时段节点的热负荷需求为Hl,t，则t时段所需供热量为：
根据能量守恒定律，由节点供热量需求Ht推导出气源热泵的耗电量为：
式中，Pheat,t为t时段节点电能替代后用于热负荷的用电量，COPcor为机组实际制热性能系数，COPicy为忽略机组除霜影响后的机组制热性能系数，COPred为除霜过程中机组COP的衰减率；
此时的碳排放量取决于电能的消耗量，二者之间的关系见下式：
则节点的供热进行电能替代后的减碳效益为：
Crd,t＝Cfuel,t-Cheat,t
电能替代之后，可等效于负荷侧相较于电能替代前负荷碳流率较少/>即减碳效益，则电能替代后负荷碳流率/>表示为：
根据可得t时刻电能替代后的碳势/>表示为：
则t时刻电能替代前后碳势的修正值表示为：
确定修正前t+1时刻的碳势为：
则t+1时刻修正后的碳势为：
则电能替代后t+1时刻的碳流率为：
2.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述系统参数包括各节点有功和无功负荷、发电机有功和无功出力、网络拓扑结构以及电阻和电抗。
3.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗具体包括：
确定网络中的功率分布，对于一个含n个节点的电力系统，其节点有功和无功潮流平衡方程为：
式中，PGi、QGi分别为接入节点i的发电机有功和无功输出；PLi、QLi分别为接入节点i的有功和无功负荷；Gij、Bij分别为支路i-j电导和电纳的负值；Ui、Uj分别为节点i和节点j的电压幅值；δij为节点i和节点j的电压角度差，即δij＝δi-δj，其中δi和δj分别为节点i和节点j的电压角度；
基于节点有功和无功潮流平衡方程，确定各支路有功功率和损耗。
4.根据权利要求3所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述各支路有功功率和损耗为：
Pij＝ViVj(Gijcosδij+Bijsinδij)
式中，Pij为流经支路i-j的有功功率，其正方向为节点i到节点j；为支路i-j的有功损耗。
5.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述支路潮流分布矩阵为N阶方阵，用PB＝(PBij)N×N表示，支路潮流分布矩阵中的元素具体定义为：若节点i与节点j间有支路相连，且经此支路从节点i到节点j流过的正向有功潮流为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；其他情况下PBij＝PBji＝0，对所有对角元素，有PBii＝0。
6.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述节点有功通量矩阵为N阶对角阵，用PN＝(PNij)N×N表示，节点有功通量矩阵的元素具体定义为：对节点i，令I+表示有潮流流入节点i的支路集合，pBs为支路s的有功功率，则有：
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，该矩阵中所有非对角元素PNij＝0。
7.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述机组注入分布矩阵为K×N阶矩阵，用PG＝(PGkj)K×N表示，元素具体定义为：若第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p，则PGkj＝p，否则PGkJ＝0。
8.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述负荷分布矩阵为M×N阶矩阵，用PL＝(PLmj)M×N表示，该矩阵中的元素具体定义为：若节点j是第m个存在负荷的节点，且有功负荷为p，则PLmj＝p，否则PLmj＝0。
9.根据权利要求1所述的一种考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法，其特征在于，所述发电机组碳排放强度向量为：
EG＝[eG1，eG2，eG3，…，eGk]T
其中，eGk为k台发电机组的碳排放强度。
10.一种实现权利要求1-9任一项所述考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量方法的考虑负荷侧电能替代的配电网精准碳计量系统，其特征在于，包括各支路有功功率和损耗计算单元、碳排放因子确定单元、节点碳势和支路碳流密度计算单元、碳排放量计算单元和修正单元；其中：
所述各支路有功功率和损耗计算单元用于获取当前时刻系统参数，并用牛顿－拉夫逊法进行潮流计算，得到各支路有功功率和损耗；
所述碳排放因子确定单元用于构造支路潮流分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组注入分布矩阵和负荷分布矩阵并根据不同发电机组特性构造发电机组碳排放强度向量；
所述节点碳势和支路碳流密度计算单元用于通过通过碳排放流理论计算节点碳势和支路碳流密度；
所述碳排放量计算单元用于计算各节点负荷、支路及损耗对应的碳流率，即等效碳排放量；
所述修正单元通过负荷侧电能替代对碳势进行修正。
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