建筑配电网多节点碳足迹动态追踪与溯源方法与流程

本发明涉及碳排放数据处理，尤其涉及建筑配电网多节点碳足迹动态追踪与溯源方法。

背景技术：

1、建筑配电网作为能源消耗的关键末端，内部不仅涵盖了各类用电负荷，还日益大量地接入了分布式电源与储能设备。这种多元化元素的深度耦合，使得配电网内部的能量流动打破了传统的单向传输模式，呈现出多向、高频波动及强时空耦合的复杂特征。外部大电网输送至建筑配电网的电能，碳排放强度并非固定不变，而是随着发电结构的变化呈现出实时的波动。追踪与溯源建筑配电网内多节点的碳足迹，明晰各环节的碳排放责任归属，是开展精细化碳管理与制定低碳调度策略的重要基础。

2、然而，面对庞大且高维的功率时序数据，传统碳核算手段无法深度剖析能量流动背后的时空变化规律。储能设备的电能时间平移特性增加了碳追踪的难度。储能系统在不同时段吸收的电能携带着不同的碳强度属性，而储能系统放电释放的电能实质上混合了具备不同时间频率特征的暂态能量与基底能量。传统追踪方式往往采用粗放的静态碳强度均值或单一的能量出入库模型，无法真实表示充放电过程中的时序能量结构差异，导致储能节点的碳属性溯源出现偏差。

3、电能在配电网物理拓扑中传输时必然会产生网络损耗，部分网损衍生出的碳足迹理应由诱发能量交互的各节点合理分担。由于网损同样具有高度的时变性，当前的分摊机制割裂了节点动态用电行为与网络损耗之间的关联，导致分摊结果不具备公平性与科学性。

技术实现思路

1、为了解决时序特征解析、储能碳属性细致界定以及网损碳排放动态分摊的技术问题，本发明提供了建筑配电网多节点碳足迹动态追踪与溯源方法，包括：s1、获取配电网节点的功率时序、线路拓扑参数、设备类型、参考电压及外部电网的实时碳强度序列；将储能节点的双向功率时序分离为非负充电序列和非负放电序列，与其余节点的非负功率序列构成非负功率矩阵，并执行非负矩阵分解，得到时间基函数与空间激活系数；

2、s2、计算时间基函数的频谱质心并归一化为动态权重，加权融合实时碳强度序列及其均值生成动态碳强度序列；依据频谱质心将重构充电功率区分为暂态能量与基底能量，分别存入后进先出队列和先进先出队列并绑定对应碳强度；放电时按队列优先级提取能量并计算放电碳属性；

3、s3、利用所述线路拓扑参数构建节点阻抗矩阵与潮流追踪映射矩阵；将空间激活系数转换为复数视在功率并生成节点模态注入电流向量，结合所述节点阻抗矩阵及潮流追踪映射矩阵确定模态损耗责任向量；以各时间基函数当前瞬时值的平方为权重，对模态损耗责任向量加权求和生成时变动态损耗分摊向量，据此将网损碳足迹分摊至各节点，并结合由稳态潮流分布数据与潮流追踪算法确定的节点功率来源构成，确定实时碳足迹。

4、通过将双向功率流分离并执行非负矩阵分解，有效提取了配电网节点功率波动的隐含时空特征，在此基础上，推导计算时间基函数的频谱质心以区分暂态能量与基底能量，并采用双队列结构分离记录对应时刻的动态碳强度序列值，实现了高频波动能量与长周期能量的物理隔离与精准界定，纠正了储能节点的碳属性溯源偏差。同时，依托拓扑导纳矩阵生成模态损耗责任向量，并严格按照时间基函数瞬时值的平方作为权重进行加权组合，通过将时序电流与网络损耗的平方对应关系准确映射至全网损耗分配空间，生成了动态协同的时变损耗分摊向量，从而将网损碳足迹科学地分摊至各相关联节点，有效提高了碳核算分摊的公平性。

5、优选地，所述执行非负矩阵分解，得到时间基函数与空间激活系数，包括：按行排列各节点的功率时序，将储能节点的双向功率时序分离取绝对值，拆分为独立的非负充电序列和非负放电序列，与其余节点的单向非负功率序列在节点维度拼接，构成行数为所有非负序列总数、列数为预设时间周期内采样点数量的非负功率矩阵；构建包含预设秩数的时间特征矩阵与节点系数矩阵，并进行非负随机初始化；利用非负矩阵分解的乘法更新法则，交替更新所述时间特征矩阵与所述节点系数矩阵，直至矩阵重构误差小于收敛阈值；将收敛后时间特征矩阵的各行作为时间基函数，将收敛后节点系数矩阵的各列元素作为对应节点的空间激活系数。

6、采用非负随机初始化以及乘法更新法则交替更新特征矩阵，能够稳定收敛并降低重构误差，从而准确剥离出各节点功率的时序波动规律与空间分布特征。

7、优选地，所述计算时间基函数的频谱质心并归一化为动态权重，包括：对所述时间基函数进行快速傅里叶变换，提取频域内的离散幅值及对应的频率分量；将所有的所述频率分量与对应的所述离散幅值的平方的乘积进行求和，并将求和结果除以所有所述离散幅值的平方的累加总和，计算得到频谱质心；将所述频谱质心除以预设参考频率得到无量纲化特征值，并将所述无量纲化特征值输入至以自然常数为底的sigmoid型函数中，将映射结果处于0到1之间的绝对数值设定为动态权重。

8、利用快速傅里叶变换将时域序列转换为频域分量，通过离散幅值平方进行加权求和推导出无量纲化特征值，再由sigmoid型函数进行映射，为碳强度的动态加权融合提供了高精度的量化调控参数。

9、优选地，所述加权融合实时碳强度序列及其均值生成动态碳强度序列，包括：计算预设时段内所述实时碳强度序列的所有数据点的算术平均值作为所述均值；将动态权重与实时碳强度序列进行标量乘法，得到保留波动特征的第一分项序列；用数值1减去动态权重，并将差值与所述均值相乘，得到全时段恒定的第二分项序列；将所述第一分项序列与所述第二分项序列按相同时间点逐个元素相加，生成对应时间基函数的动态碳强度序列。

10、依据不同时间基函数的波动特性自适应调节实时值与均值的融合比例，保留了与特定频段相符的碳波动特征，同时抑制了原始电网高频碳排数据的异常波动干扰。

11、优选地，所述依据频谱质心将重构充电功率区分为暂态能量与基底能量，分别存入后进先出队列和先进先出队列并绑定对应碳强度，包括：提取判定为暂态能量的时间基函数及其对应的空间激活系数，将空间激活系数与时间基函数的当前瞬时值相乘生成实际注入暂态功率数值；将实际注入暂态功率数值乘以预设的采样时间步长转化为暂态能量；将暂态能量的数值与对应时刻的动态碳强度序列的值绑定后压入基于栈结构进行控制的后进先出队列；对判定为基底能量的时间基函数执行相同功率转化操作获取基底能量，并将基底能量的数值与对应时刻的动态碳强度序列的值绑定后压入先进先出队列。

12、将判定为暂态的高频能量与特定时刻碳属性封装为数据包，并利用栈结构进行控制，准确模拟了短时频繁充放电过程中能量较少深度参与循环的实际物理状态，提升了暂态阶段追踪的时效性。

13、优选地，所述放电时按队列优先级提取能量并计算放电碳属性，包括：在储能节点放电时，优先从后进先出队列的顶端弹出暂态能量进行需求抵扣；当后进先出队列内的暂态能量耗尽时，触发条件分支，从先进先出队列的首端提取基底能量进行需求抵扣；提取过程中，将弹出的各项能量数值作为权重，与绑定的对应时刻的动态碳强度值进行加权平均计算，将计算所得的等效碳强度值赋予本次放电电量作为放电碳属性。

14、在储能放电环节设立多级条件分支处理机制，依照先暂态后基底的优先顺序提取能量并通过加权平均计算等效碳强度，精确还原了不同频段输入能量在输出侧的真实比例。

15、优选地，所述将空间激活系数转换为复数视在功率并生成节点模态注入电流向量，包括：提取配电网拓扑中各支路的固定电阻及固定电抗构建全尺寸复导纳矩阵，剔除主网接入平衡节点对应的行与列，生成非奇异复导纳矩阵，对非奇异复导纳矩阵求逆获取配电网节点阻抗矩阵；根据设备类型及功率流向对空间激活系数赋予正负标识并聚合生成节点有向模态功率向量，结合预设稳态功率因数扩充为复数视在功率向量；将复数视在功率向量逐元素除以节点参考电压的共轭，生成节点模态注入电流向量。

16、通过获取网络全局电气耦合阻抗矩阵，并将带有正负方向标识的空间特征扩充转化为注入电流向量，在电气机理层面为后续精确计算各模态造成的网络网损提供了基础参数。

17、优选地，所述结合所述节点阻抗矩阵及潮流追踪映射矩阵确定模态损耗责任向量，包括：采用节点模态注入电流向量与配电网节点阻抗矩阵相乘得到节点模态电压向量；计算各条支路两端对应节点的节点模态电压向量差值的模平方，并将模平方与对应支路的电导相乘生成模态有功损耗向量；建立各节点到各支路的有功潮流追踪映射矩阵，用有功潮流追踪映射矩阵对所述模态有功损耗向量执行左乘运算，生成模态损耗责任向量。

18、利用节点模态电压向量差值及支路电导获取各支路损耗基数，借助潮流追踪映射矩阵进行运算分摊，清晰界定了单一独立负荷模态对网络产生损耗应当承担的责任比例。

19、优选地，所述以各时间基函数当前瞬时值的平方为权重，对模态损耗责任向量加权求和生成时变动态损耗分摊向量之后，还包括补偿模态间交叉阻抗损耗向量的步骤，具体包括：计算任意两个不同时间基函数当前瞬时值乘积的两倍，作为交叉项时间权重；针对任意两个不同时间基函数，分别提取对应的所述节点模态电压向量，计算同一条支路两端节点的模态电压差值的实部乘积与虚部乘积之和，乘以该支路的电导，生成支路交叉损耗向量；利用所述有功潮流追踪映射矩阵对所述支路交叉损耗向量执行左乘运算，获得交叉阻抗损耗向量；将交叉项时间权重与对应的交叉阻抗损耗向量进行标量乘法，生成交叉损耗基向量；将所述交叉损耗基向量与经加权求和的模态损耗责任向量按对应节点的行索引进行相加运算。

20、针对不同模态叠加引发的网损非线性特征，计算并补偿交叉项时间权重与交叉阻抗损耗向量，消减了独立叠加计算方式所遗留的数值解析误差，保证了时变分摊结果的准确度。

21、优选地，所述并结合由稳态潮流分布数据与潮流追踪算法确定的节点功率来源构成，确定实时碳足迹，包括：基于时变动态损耗分摊向量获取各配电网节点应承担的损耗分摊功率；根据所述节点功率来源构成，将损耗分摊功率划分为外部电网承担功率与储能放电承担功率，分别对应乘以当前时刻的外部电网实时碳强度及放电碳属性，累加得到网络损耗碳足迹；将重构后的配电网节点的用电功率划分为外部电网供电部分与储能放电供电部分，分别乘以动态碳强度序列及放电碳属性后累加得到用电碳足迹，将网络损耗碳足迹与用电碳足迹相加确定实时碳足迹。

22、统筹网络损耗和节点实际消耗功率的双向维度，对应不同供电来源分类核算后汇总，构建了结构完整的碳核算体系，输出了具备时空差异化特征的节点真实碳足迹结果。

23、本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

24、本发明通过对多向功率数据实施降维及频率特征解析，克服了储能设备时间平移特性造成的碳追踪难题，并通过双队列机制客观反映了充放电的能量结构差异；同时结合配电网物理拓扑参数及模态瞬时波形特征，建立了网损碳排与各节点用电行为的动态物理映射，提高了复杂建筑配电网内部多节点碳足迹溯源的时效性与精准度，实现了碳排放责任在多节点间的合理分配，明晰了各环节的碳排放责任归属。