一種智能配電網(wǎng)低碳效益評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)低碳效益評估方法，特別是關(guān)于一種智能配電網(wǎng)低碳效 益評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能配電網(wǎng)低碳效益評估是以潮流追蹤技術(shù)和碳足跡概念為基礎(chǔ)，通過微觀碳排 放分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)碳排放的計(jì)量由發(fā)電側(cè)向負(fù)荷側(cè)的轉(zhuǎn)換碳排放，從而準(zhǔn)確識 別配電網(wǎng)低碳發(fā)展的薄弱點(diǎn)，為配電網(wǎng)低碳規(guī)劃、運(yùn)行提供保障。下面對潮流追蹤技術(shù)和碳 足跡概念分別進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0003] 潮流跟蹤技術(shù)是指在特定運(yùn)行狀態(tài)下，通過潮流分析和計(jì)算，明確發(fā)電機(jī)或負(fù)荷 功率在輸電元件中的分布情況，據(jù)此來度量它們對輸電網(wǎng)絡(luò)的使用程度，為收費(fèi)提供理論 依據(jù)。潮流跟蹤技術(shù)的關(guān)鍵在于提出科學(xué)的分?jǐn)偰Ｐ停侠淼卦诎l(fā)電方和電力用戶間分?jǐn)?輸電費(fèi)用和網(wǎng)損。根據(jù)建模機(jī)制和分?jǐn)傇瓌t的不同，潮流跟蹤算法可以分成三種：第一種是 功率跟蹤法，從本質(zhì)上講，按功率跟蹤的方法就是拓?fù)浞治龇椒?，該方法的基本思想是在?流潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上，首先將有損網(wǎng)絡(luò)等效成無損網(wǎng)絡(luò)，將有功和無功解耦形成無損的有 功功率有向圖和無損的無功功率有向圖；然后按比例分?jǐn)傇瓌t進(jìn)行功率跟蹤；最后根據(jù)潮 流的方向，將功率跟蹤分為順流跟蹤法和逆流跟蹤法。第二種是電流跟蹤法，由于電流在系 統(tǒng)中無損耗，區(qū)別于功率在系統(tǒng)中流動(dòng)存在損失，因此提出了電流跟蹤法。電流跟蹤法主要 思想是在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上，先通過跟蹤電流來確定每個(gè)電源向每個(gè)負(fù)荷提供的電流，再 將電流轉(zhuǎn)化為功。從本質(zhì)上講，電流跟蹤法也是基于比例分?jǐn)傇瓌t，只是將比例分?jǐn)傇瓌t 中的"流"由潮流換成了電流。第三種是功率解析法，先對線路傳輸?shù)墓β蔬M(jìn)行嚴(yán)格解析， 再分析線路中各轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)的功率或功率損耗分量，最后描述轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)對線路的使用程度， 據(jù)此分?jǐn)傒旊娰M(fèi)用。功率解析法的關(guān)鍵是如何確定線路中的功率組成和科學(xué)的描述線路的 使用程度?，F(xiàn)有技術(shù)中對線路使用程度的描述大致存在兩種觀點(diǎn)，第一種是用線路中各項(xiàng) 轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)的功率分量描述線路的使用程度；第二種是用線路中各項(xiàng)轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)的功率損耗分 量來描述線路的使用程度。
[0004] "碳足跡"（簡稱碳跡）的概念緣起于"生態(tài)足跡"，主要是指在人類生產(chǎn)和消費(fèi)活 動(dòng)中所排放的與氣候變化相關(guān)的氣體總量，相對于其他碳排放研究的區(qū)別，碳足跡是從生 命周期的角度出發(fā)，破除所謂"有煙囪才有污染"的觀念，分析產(chǎn)品生命周期或與活動(dòng)直接 和間接相關(guān)的碳排放過程。碳足跡的具體定義是某一產(chǎn)品或服務(wù)系統(tǒng)在其全生命周期內(nèi)的 碳排放總量或活動(dòng)主體例如個(gè)人、組織、部門等，在某一活動(dòng)過程中直接和間接的碳排放總 量。依據(jù)碳跡定義，在碳跡的觀點(diǎn)中，對于所有商品均采用消費(fèi)流的定義，即認(rèn)為所有產(chǎn)生 排放的商品生產(chǎn)是由于消費(fèi)需求而產(chǎn)生的，因此所有排放的責(zé)任應(yīng)由消費(fèi)側(cè)來承擔(dān)。如果 將這一觀點(diǎn)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，即認(rèn)為產(chǎn)生碳排放的行為是由于用戶側(cè)的用電需求，因此 碳排放的責(zé)任應(yīng)該由用戶側(cè)承擔(dān)。
[0005] 智能配電網(wǎng)"碳足跡"計(jì)算是以潮流追蹤技術(shù)為基礎(chǔ)，通過碳排放分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn) 電力系統(tǒng)內(nèi)碳排放的計(jì)量由發(fā)電側(cè)向負(fù)荷側(cè)的轉(zhuǎn)換，為配電網(wǎng)低碳規(guī)劃、運(yùn)行提供技術(shù)支 撐。在與"碳足跡"電力相關(guān)的研究中，計(jì)算一般采用宏觀統(tǒng)計(jì)的辦法，即先統(tǒng)計(jì)各類化石 燃料的消耗總量，再按照各類化石燃料的碳排放因子計(jì)算總的碳排放量。這種宏觀碳排放 的統(tǒng)計(jì)方法（簡稱為宏觀統(tǒng)計(jì)法）計(jì)算簡單、計(jì)算周期長（通常以年為單位），對于電力行 業(yè)低碳發(fā)展的基礎(chǔ)研究與宏觀分析是比較準(zhǔn)確的，因此被廣泛應(yīng)用，但這種實(shí)用的碳排放 分析方法在一些方面亦存在其局限性，主要體現(xiàn)在以下三方面：（1)電力潮流是電力系統(tǒng) 分析中的要素，各類電力系統(tǒng)所研究的問題都涉及潮流的分析與計(jì)算，而現(xiàn)有的宏觀分析 法著重于研究將發(fā)電廠視為點(diǎn)碳排放源而產(chǎn)生的排放，與電力系統(tǒng)中的潮流分析脫節(jié)，無 法將電力系統(tǒng)的碳排放與電力系統(tǒng)的潮流控制和運(yùn)行狀態(tài)控制進(jìn)行深層次的聯(lián)系，不利于 低碳電網(wǎng)技術(shù)與用電技術(shù)的發(fā)展與效果評價(jià)。（2)宏觀統(tǒng)計(jì)法需要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的支持才可進(jìn) 行。考慮到能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的發(fā)布往往存在滯后性，并且不同地區(qū)的發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)對 一次能源消耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)效率各不相同，欲得到全面可信的能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，效率 難以保證，這將不利于電力行業(yè)低碳發(fā)展戰(zhàn)略的制定。（3)電能作為典型的二次能源，碳排 放幾乎全部來自生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而在傳輸與使用環(huán)芐基本不產(chǎn)生排放。宏觀統(tǒng)計(jì)法雖然可以界 定各個(gè)地區(qū)的電力系統(tǒng)生產(chǎn)電力所帶來的碳成本，卻無法厘定各地在電力交換情況下因支 撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展伴隨的低碳責(zé)任，這將使能源輸出地區(qū)在低碳發(fā)展中處于弱勢，不利于電力系 統(tǒng)低碳減排目標(biāo)的合理分配。
[0006] 隨著智能配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行的發(fā)展，以及國家對于電力系統(tǒng)的減排要求，智能配電 網(wǎng)的低碳規(guī)劃和運(yùn)行問題變得尤為重要，有必要采取更合理的微觀方法對智能配電網(wǎng)低碳 效益評估方法進(jìn)行研究，提高系統(tǒng)運(yùn)行的低碳性和經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⑻寂欧排c潮流控制和運(yùn)行狀態(tài)控 制進(jìn)行深層次聯(lián)系，進(jìn)而得到可靠的碳排放數(shù)據(jù)，且能夠明確碳責(zé)任的智能配電網(wǎng)低碳效 益評估方法。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種智能配電網(wǎng)低碳效益評估 方法，其特征在于包括以下步驟：（1)待評價(jià)智能配電網(wǎng)將其采集的網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷數(shù)據(jù)信息 發(fā)送給潮流計(jì)算模塊，潮流計(jì)算模塊根據(jù)接收到的網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全網(wǎng)的潮流計(jì) 算，并將潮流計(jì)算結(jié)果發(fā)送給逆流追蹤模塊；（2)逆流追蹤模塊根據(jù)接收到的潮流計(jì)算結(jié) 果形成待評價(jià)智能配電網(wǎng)功率有向圖，并根據(jù)比例共享原則，得到在該潮流計(jì)算結(jié)果下的 逆流追蹤矩陣各項(xiàng)值，并將逆流追蹤矩陣各項(xiàng)值發(fā)送給低碳指標(biāo)計(jì)算模塊；（3)低碳指標(biāo) 計(jì)算模塊根據(jù)步驟（2)得到的逆流追蹤矩陣各項(xiàng)值進(jìn)行相關(guān)碳排放理論計(jì)算，得出各低碳 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，并將低碳指標(biāo)計(jì)算結(jié)果發(fā)送給低碳效益評估模塊；(4)低碳效益評估模塊 接收各低碳指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)待評價(jià)智能配電網(wǎng)低碳規(guī)劃前后的電網(wǎng)信息，分別進(jìn)行 低碳效益評估計(jì)算，得到智能配電網(wǎng)規(guī)劃前后各項(xiàng)低碳指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，并對評估計(jì)算結(jié) 果的數(shù)值進(jìn)行比較，得到待評價(jià)智能配電網(wǎng)的最優(yōu)運(yùn)行方案。
[0009] 所述步驟（1)潮流計(jì)算模塊根據(jù)接收到的網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全網(wǎng)的潮流 計(jì)算，包括以下步驟：1. 1)根據(jù)待評價(jià)智能配電網(wǎng)采集到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩 陣，Ylj= G u+jB^式中，Y 為線路i-j的導(dǎo)納，G 為線路i-j的電導(dǎo)，B ^為線路i-j的電 納；1.2)根據(jù)各PQ節(jié)點(diǎn)的電壓初值辦和除平衡節(jié)點(diǎn)外各節(jié)點(diǎn)電壓相位初值#，得到待 求量U和Θ的初始向量1]((])和Θ w，其中，U表示節(jié)點(diǎn)電壓的幅值；Θ表示節(jié)點(diǎn)電壓的相 角；Uw表示節(jié)點(diǎn)電壓的幅值的初始值；θ w表示節(jié)點(diǎn)電壓的相角的初始值；1. 3)先根據(jù) 待評價(jià)智能配電網(wǎng)采集到的負(fù)荷數(shù)據(jù)信息、步驟1.2)得到的U-和Θ W、PV節(jié)點(diǎn) 和平衡節(jié)點(diǎn)所給定的電壓以及步驟1. 1)得到的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，按照η節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)在極坐標(biāo) 下的功率方程，計(jì)算有功功率差和無功功率差，再根據(jù)計(jì)算有功功率差和無功功率差的計(jì) 算結(jié)果求出修正方程式中的誤差函數(shù)值ΔΡ((])和其中，有功功率差的計(jì)算公式為：
.式中，Δ Ρ;表示有功功率差，PDi表示節(jié)點(diǎn)i的 有功功率，1^表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，U ^表示節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值，G ^表示線路i_j的電導(dǎo)， By表示線路i-j的電納，Θ ^表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的相角差，i的取值范圍是從1~η ;無 功功率差的計(jì)算公式為：
式中，AQi表示無功功 率差，01表示節(jié)點(diǎn)i的無功功率，U 1表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，U ^表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，G ^ 表示線路i-j的電導(dǎo)，By表示線路i-j的電納，Θ ^表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的相角差，i的取 值范圍是從1~η ; 1. 4)先根據(jù)PQ節(jié)點(diǎn)和PV節(jié)點(diǎn)的電壓初值求得Jacobian矩陣J(k)，再根 據(jù)
和步驟1. 3)中求得的APW和AQ w，求出該輪迭代電壓幅 值的不平衡量AU?和該輪迭代相角的不平衡量△ Θ，其中，PQ節(jié)點(diǎn)和PV節(jié)點(diǎn)的電壓幅 值的修正量計(jì)算公式如下：
卜式中， AU(k)表示第k輪迭代電壓幅值的不平衡向量，表示第k輪迭代節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值的 不平衡量，表示第k輪迭代節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，i的取值范圍是從1~n ;PQ節(jié)點(diǎn)和PV節(jié) 點(diǎn)的相角的修正量計(jì)算公式如下：
；:式中， Δ θ ω表示第k輪迭代相角的不平衡向量，表示第k輪迭代節(jié)點(diǎn)i的相角，i的取值 范圍是從1~n;l. 5)根據(jù)步驟1.4)中求得AU?和△ θ w計(jì)算修正節(jié)點(diǎn)的電壓，其中， 修正節(jié)點(diǎn)的電壓包括幅