一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法技術方案

本發明專利技術涉及一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法，包括：(1)電網碳流仿真；(2)電網碳流分析。本發明專利技術結合實際大規模電網的特點和電網仿真分析的需要，給出了完整、實用的大規模電網碳流仿真方法，并提出了電網碳流分析方法，在碳流仿真結果基礎上進行加工，得到實際電網仿真人員可以綜合應用、指導生產實踐的碳流仿真分析結果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種仿真分析方法，具體涉及一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法。
技術介紹
碳排放量的計量是開展一切碳減排工作的基礎。目前，在電力工業內常用的碳排放計量方法主要有兩種：直接分析法和全生命周期法。直接分析法是先統計各類化石燃料的消耗總量，然后按照各類化石燃料的碳排放因子計算總的碳排放量；全生命周期分析是對直接法在時間維度進行了擴展，全生命周期分析從電廠的建設，發電機設備的組裝，燃料的開采和運輸入手，結合電廠設施的運行、管理、檢修和退役等環節，計算電力設施與發電燃料在建設和制備過程中全部的碳排放。上述兩種方法從宏觀數據出發，根據能源消耗量進行統計，具有計算簡單、方法實用的優點。但這兩種方法都難以反映電力系統的網絡化特征，沒有考慮碳排放在空間內隨電能傳輸的轉移和分攤機理，難以體現電力用戶對碳排放的責任分攤。近年來，有學者提出了碳排放流的概念。電力系統碳排放流是依附于電力潮流存在且隨系統有功潮流定向移動的耦合碳排放，是電力系統中一類虛擬的網絡流。在不引起歧義的前提下，在電力系統領域中可簡稱碳排放流或碳流(下面統一稱為碳流)。在電力系統中，碳流從電廠(發電廠節點)出發，隨著電廠上網功率進入電網，跟隨系統中的潮流在電網中流動，最終流入用戶側的消費終端(負荷節點)。通過碳流就可以確定碳排放責任的轉移，分析電網的碳排放分布特性。目前已經有初步的碳流計算方法，但目前的碳流計算方法在大規模電網應用中存在諸多不適應問題，包括：1)完全沒有考慮直流系統；2)沒有應用稀疏矩陣技術，難以求解大規模數據碳流計算問題；3)沒有經過實際電網數據檢驗，不能適應實際電網復雜多變情況等；4)計算指標過于分散，不適應于電網仿真。此外，目前的碳流計算方法僅限于碳流計算，沒有結合電網實際仿真分析的需要進行電網碳流仿真分析，不利于實際使用人員使用。
技術實現思路
為解決上述現有技術中的不足，本專利技術的目的是提供一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法，給出了完整、實用的大規模電網碳流仿真方法，并提出了電網碳流分析方法，在碳流仿真結果基礎上進行加工，得到實際電網仿真人員可以綜合應用、指導生產實踐的碳流仿真分析結果。本專利技術的目的是采用下述技術方案實現的：本專利技術提供一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：(1)電網碳流仿真；(2)電網碳流分析。進一步的，所述步驟(1)包括下述步驟：①確定計算條件，讀取數據，包括：1)電網網架數據：包括組成電網元件的連接關系，元件包括交流線、并聯電容電抗器、變壓器、發電機、負荷和直流系統；2)潮流結果數據：包含所有元件的潮流結果，包括：發電機的有功功率、負荷的有功功率、交流線有功功率及方向和有功損耗、并聯支路的有功損耗、變壓器的有功功率及方向和有功損耗(三繞組變壓器等值為三個兩繞組變壓器)、直流系統各個端口的注入有功功率；3)機組碳排放強度數據：每臺發電機的機組碳排放強度數據，若無碳排放，則機組碳排放強度等于零；②確定碳流仿真分析需要的計算指標，包括：1)節點碳勢：節點即電網潮流中的計算節點，節點碳勢的定位為：在該節點消費單位電力時所引起的發電側的碳排放值；用符號EN表示，單位為kgCO2/kWh；2)支路碳流率：支路碳流率定義為單位時間內通過支路的碳流量，用符號RB表示，單位為tCO2/h；碳流仿真分析中的支路包括電網中所有的單端、雙端和多端元件，包括交流線、變壓器、并聯電容電抗器和直流系統；3)支路網損碳流率：支路網損碳流率定義為支路一的有功損耗相對應的碳流量；支路網損碳流率用符號RBL表示，單位與支路碳流率相同，為tCO2/h；4)負荷碳流率：負荷碳流率定義為單位時間內負荷有功相對應消耗的碳流量，用符號RL表示，單位為tCO2/h；5)發電碳流率：發電碳流率指標定義為發電機組單位時間內的碳排放量，用符號RG表示，單位為tCO2/h；③增加實際電網碳流仿真需要進行的處理；④計算節點碳勢指標；⑤計算碳流仿真分析的其它指標。進一步的，所述步驟③的增加實際電網碳流仿真需要進行的處理包括下述步驟：1>數據預處理：進行數據預處理，處理懸空支路、并聯支路和非懸空但一側有功為零情況；2>碳流仿真節點優化編號；3>負荷合并；4>發電負荷合并；5>處理有功為負的發電負荷。進一步的，所述步驟1>中，懸空支路指的是一側母線沒有連接任何其它元件的情況；并聯支路是指并聯電容電抗器元件構成的支路；非懸空一側有功為零支路是指一側有功等于零，另一側有功不為零的支路；非懸空一側有功為零支路是指一側有功等于零，另一側有功不為零的交流線或變壓器支路，即只有有功損耗，傳輸無功功率，不傳輸有功功率；這些情況需要在計算節點碳勢之前處理，直接去除，否則會導致后面的節點碳勢無法計算。進一步的，所述步驟2>包括：以節點連接的功率流入該節點的支路作為標準進行編號，設與第j條支路兩側節點分別為m，n，支路有功為pj，方向為m流向n，則節點i的流入該節點的支路數統計如下： IJ j = 1 , p j > 0 0 , p j ≤ 0 ]]> Num i n = Σ j = 1 , j ∈ I m ( 1 - IJ j ) + Σ j = 1 , j ∈ I n 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：(1)電網碳流仿真；(2)電網碳流分析。

【技術特征摘要】
1.一種適應于大規模電網的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：(1)電網碳流仿真；(2)電網碳流分析。2.如權利要求1所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟(1)包括下述步驟：①確定計算條件，讀取數據，包括：1)電網網架數據：包括組成電網元件的連接關系，元件包括交流線、并聯電容電抗器、變壓器、發電機、負荷和直流系統；2)潮流結果數據：包含所有元件的潮流結果，其包括：發電機的有功功率、負荷的有功功率、交流線有功功率及方向和有功損耗、并聯支路的有功損耗、變壓器的有功功率及方向和有功損耗、直流系統各個端口的注入有功功率；3)機組碳排放強度數據：每臺發電機的機組碳排放強度數據，若無碳排放，則機組碳排放強度等于零；②確定碳流仿真分析需要的計算指標，包括：1)節點碳勢：節點即電網潮流中的計算節點，節點碳勢的定位為：在該節點消費單位電力時所引起的發電側的碳排放值；用符號EN表示，單位為kgCO2/kWh；2)支路碳流率：支路碳流率定義為單位時間內通過支路的碳流量，用符號RB表示，單位為tCO2/h；碳流仿真分析中的支路包括電網中所有的單端、雙端和多端元件，所述單端、雙端和多端元件包括交流線、變壓器、并聯電容電抗器和直流系統；3)支路網損碳流率：支路網損碳流率定義為支路一的有功損耗相對應的碳流量；支路網損碳流率用符號RBL表示，單位與支路碳流率相同，為tCO2/h；4)負荷碳流率：負荷碳流率定義為單位時間內負荷有功相對應消耗的碳流量，用符號RL表示，單位為tCO2/h；5)發電碳流率：發電碳流率指標定義為發電機組單位時間內的碳排放量，用符號RG表示，單位為tCO2/h；③增加實際電網碳流仿真需要進行的處理；④計算節點碳勢指標；⑤計算碳流仿真分析的其它指標。3.如權利要求2所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟③的增加實際電網碳流仿真需要進行的處理包括下述步驟：1>數據預處理：進行數據預處理，處理懸空支路、并聯支路和非懸空但一側有功為零情況；2>碳流仿真節點優化編號；3>負荷合并；4>發電負荷合并；5>處理有功為負的發電負荷。4.如權利要求3所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟1>中，懸空支路指的是一側母線沒有連接任何其它元件的情況；并聯支路是指并聯電容電抗器元件構成的支路；非懸空一側有功為零支路是指一側有功等于零，另一側有功不為零的支路；非懸空一側有功為零支路是指一側有功等于零，另一側有功不為零的交流線或變壓器支路，即只有有功損耗，傳輸無功功率，不傳輸有功功率；這些情況需要在計算節點碳勢之前處理，直接去除，否則會導致后面的節點碳勢無法計算。5.如權利要求3所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟2>包括：以節點連接的功率流入該節點的支路作為標準進行編號，設與第j條支路兩側節點分別為m，n，支路有功為pj，方向為m流向n，則節點i的流入該節點的支路數統計如下： IJ j = 1 , p j > 0 0 , p j ≤ 0 ]]> Num i n = Σ j = 1 , j ∈ I m ( 1 - IJ j ) + Σ j = 1 , j ∈ I n IJ j - - - ( 1 ) ]]>其中，IJj為第j條支路的有功流動方向標志，Numin為節點i的流入支路數，Im為m側節點等于節點i的所有支路集合，In為n側節點等于節點i的所有支路集合；用上述節點流入支路數替代傳統的節點優化編號方法--半動態優化法中的節點支路數，即為碳流仿真半動態優化法。6.如權利要求3所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟3>的負荷合并包括：將多個負荷的有功功率加在一起生成“節點負荷”，“節點負荷”作為參與計算的負荷。7.如權利要求3所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟4>的發電負荷合并包括：設發電有功為PG，負荷有功為PL，判斷如下：PG-PL>0時，處理為有功為PG-PL的發電機，機組碳排放強度按下面公式計算：PG-PL<＝0時，處理為PL-PG的負荷。8.如權利要求2所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟5>的處理有功為負的發電負荷包括：從發電機列表中剔除有功為負的發電機；有功為負的負荷增加到發電機列表最后，并設其機組碳排放強度為0。9.如權利要求2所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟④的計算節點碳勢指標的方法為：利用稀疏矩陣技術形成節點碳勢方程組的各個矩陣，采用LU分解法進行大規模線性方程組求解，計算得到節點碳勢指標，包括：設電網具有N個節點，L條支路，有K個節點存在機組注入，M個節點存在負荷，具體如下：a)生成機組碳排放強度向量EG：設第k臺發電機組的機組碳排放強度為EGk，k＝1,2,…,K；則機組碳排放強度向量表示為：EG＝[EG1 EG2 ... EGK]T (3)b)生成機組注入分布矩陣PG：機組注入分布矩陣為K×N階矩陣，用PG＝(PGkj)K×N表示，矩陣中的元素具體定義如下：若第k臺發電機組接入節點j，且從該機組注入節點j的有功為p，則PGkj＝p，否則PGkj＝0；c)生成支路潮流分布矩陣PB：支路潮流分布矩陣為N階方陣，用PB＝(PBij)N×N表示；矩陣中的元素具體定義如下：若節點i與節點j間有支路相連，且經此支路流入節點i的正向有功潮流為p，則PBij＝p，PBji＝0；若流經該支路的有功潮流p為反向潮流，則PBij＝0，PBji＝p；i,j＝1,2,…,N其他情況下PBij＝PBji＝0；對所有對角元素，有PBii＝0，i＝1,2,…,N；d)生成節點有功通量矩陣PN：節點有功通量矩陣為N階對角陣，用PN＝(PNij)N×N表示；矩陣的元素具體定義如下： PN i j = Σ k = 1 N PB i k + Σ k = 1 N PG k i , i = j 0 , i ≠ j - - - ( 4 ) ]]>其中，PB、PG分別為上面所述的支路潮流分布矩陣和機組注入分布矩陣；e)計算節點碳勢向量EN設第i個節點的節點碳勢為ENk，i＝1,2,…,N則節點碳勢向量表示為：EN＝[EN1 EN2 ... ENN]T (5)節點碳勢向量計算公式如下：(PN-PBT)*EN＝PGTEG (6)其中，PN為節點有功通量矩陣，PB為支路潮流分布矩陣，PG為機組注入分布矩陣，EG為機組碳排放強度向量；節點碳勢計算屬于大規模線性方程組的求解問題，化簡為：AX＝B (7)其中，X為待求的節點碳勢向量，維數為N*1，N為節點總數；A為系數矩陣，維數為N*N；B為常數向量，維數為N*1；采用LU分解法進行大規模稀疏線性方程組求解，即將矩陣A分解為一個下三角矩陣L和一個上三角矩陣U的乘積：A＝L*U (8)令Y＝UX，則公式(8)分解為：L*Y＝B (9)U*X＝Y (10)公式(9)通過稀疏矩陣前代方法求解，公式(10)通過稀疏矩陣回代方法求解。10.如權利要求2所述的電力系統碳流仿真分析方法，其特征在于，所述步驟⑤的計算碳流仿真分析的其它指標，包括下述步驟：1>計算支路碳流率和支路網損碳流率；計算得到節點碳勢向量后，進一步得到系統各個支路的碳流率；設第j條支路兩側節點分別為m，n，則計算公式為： RB j = p j * EN m / 10 , p j ≥ 0 - p j * EN n / 10 , p j < 0 - - - ( 11 ) ]]> RBL j = pl j * EN m / 10 , p j ≥ 0 pl j * EN n / 10 , p j < 0 - - - ( 12 ) ]]>其中，RBj、RBLj分別為第j條支路的支路碳流率和、支路網損碳流率，單位：tCO2/h；pj為支路有功，單位：MW，方向為m流向n；plj為支路有功損耗，單位：MW；ENm為節點m的節點碳勢，ENn為節點n的節點碳勢，單位：kgCO2/kWh；2>計算發電碳流率；首先判斷是否有發電負荷合并，若有，則按下述公式(13)計算；沒有發電負荷合并，則判斷發電有功PG是否為負，若為負，則按下述公式(14)計算；若不為負，則按下述公式(15)計算； R G = P G * E G / 10 , P G ≥ 0 ( P G - P L ) * E N / 10 , P G < 0. a n d . P G - P L < 0 0 , P G < 0. a n d . P G - P L ≥ 0 - - - ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳興雷，李芳，孫璐，徐希望，丁平，趙敏，安寧，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網江西省電力公司，
類型：發明
國別省市：北京;11