基于电网拓扑传播模型的分区电力碳足迹数据集动态更新方法及系统与流程

本技术涉及电力系统数据处理与产品碳足迹核算，特别涉及一种基于电网拓扑传播模型的分区电力碳足迹数据集动态更新技术。

背景技术：

1、产品碳足迹核算与生命周期评价在出口型制造、绿色电力交易和碳排放披露等场景中应用日益广泛。以电解铝、数据中心、动力电池及钢铁等企业为例，其用电时段差异明显、跨区受电比例较高且可再生能源出力波动较大--例如跨省受电比例较高的制造企业在不同生产班次所调用电力的来源结构可能不同，园区级产品数据库在风电、光伏出力波动较大时需要区分不同时间片的供电结构，铝加工、电子制造等高耗电工序在形成产品批次数据集后，还可能因后续联络线潮流修正、机组出力补录或区域边界调整而需要判断已发布数据是否受到影响。在这类场景下，产品碳足迹核算通常需要将企业用电活动数据与对应区域、对应时间片的电力碳排放因子相乘，并以版本化的分时分区电力碳足迹因子作为产品 lca 背景数据库可被反复调用的基础数据集。

2、然而，现有技术在上述场景下仍存在诸多不足。年度或月度平均电力排放因子难以反映同一区域在不同电网运行状态下的碳强度差异；部分电力碳排放流或节点碳强度计算方法虽能计算某一电网状态下的碳强度，但多停留在一次性计算或调度分析层面，难以直接形成面向产品 lca 调用的版本化背景数据集；现有数据库更新方式在电网运行数据发生变化后，往往难以区分哪些区域-时间片因子受到扰动传播影响，容易出现重算范围过大、未受影响记录被重复复制、已调用旧版因子的产品批次难以定位等问题；尤其在跨区联络线潮流、拓扑开断、发电出力补录和数据质量状态同时变化时，传统方法缺少将电网物理传播路径、因子版本变更与产品调用血缘统一关联的处理机制。因此，亟需一种能够根据电网拓扑传播关系识别受影响区域-时间片，并对分区电力碳足迹数据集进行可追溯增量更新的技术方案，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于电网拓扑传播模型的分区电力碳足迹数据集动态更新方法及系统，以解决电网运行数据发生变化后难以确定受影响区域-时间片、分区电力碳足迹数据集重算范围过大、未受影响记录重复复制以及已调用旧版因子的产品调用对象难以追溯定位的问题。

2、本技术提供了一种基于电网拓扑传播模型的分区电力碳足迹数据集动态更新方法，包括：

3、获取电网运行数据并按预设时间粒度归并为时间片，针对每一时间片构建以电网节点或区域为顶点、以输电线路或跨区交换关系为有向边的分区电网拓扑图，并根据所述分区电网拓扑图和所述电网运行数据，计算各区域节点在对应时间片下的分时电力碳足迹因子；

4、在所述电网运行数据发生变化时，生成包含扰动源节点和变化幅度的扰动事件；

5、针对受所述扰动事件影响的时间片，根据所述分区电网拓扑图的潮流方向和电量占比生成加权邻接矩阵，并根据所述加权邻接矩阵和传播衰减系数，计算所述扰动源节点对各候选节点的影响传播结果；

6、结合所述变化幅度和所述影响传播结果计算各候选节点的影响分数，并将影响分数不小于更新阈值的候选节点和时间片写入增量重算队列；

7、仅对所述增量重算队列中的候选节点和时间片，按计算所述分时电力碳足迹因子的方式重新计算分时电力碳足迹因子，写入新版本并绑定父版本、所述扰动事件、传播路径和影响分数的版本血缘记录，对未写入所述增量重算队列的候选节点和时间片沿用原版本并记录继承关系；

8、根据调用血缘查询已调用更新前的所述分时电力碳足迹因子的产品调用对象，根据所述产品调用对象的用电量以及更新前后的分时电力碳足迹因子计算产品碳足迹差异，并根据所述产品碳足迹差异生成所述产品调用对象的重算任务或归档记录。

9、在一个优选例中，所述根据所述分区电网拓扑图的潮流方向和电量占比生成加权邻接矩阵，包括：

10、生成时间片  的加权邻接矩阵 ，其元素  按下式计算：

11、

12、式中， 为时间片  内节点  向节点  输入的电量在节点  总受电量中所占的比例，即所述加权邻接矩阵的元素； 为时间片  内节点  至节点  的输入电量； 为节点  在时间片  接收的全部输入电量之和，其中  为向节点 输入电量的上游节点索引； 为避免分母为零的极小正值；

13、当潮流方向不确定时，根据前后时间片、交易计划和联络线净交换方向生成候选方向并写入方向置信度。

14、在一个优选例中，所述根据所述加权邻接矩阵和传播衰减系数计算所述扰动源节点对各候选节点的影响传播结果，包括：

15、按时间片计算最大阶数为  的影响传播矩阵  作为所述影响传播结果：

16、

17、式中， 为时间片  的影响传播矩阵； 为单位矩阵； 为所述传播衰减系数； 为时间片  的所述加权邻接矩阵； 为所述加权邻接矩阵的  阶幂； 为最大传播阶数；

18、当满足  时停止传播计算，其中  为预设的截断阈值， 为取矩阵元素最大值的函数；

19、在计算各阶  的过程中，提取由所述扰动源节点到各候选节点依次经过的节点序列和拓扑边，作为所述传播路径。

20、在一个优选例中，所述结合所述变化幅度和所述影响传播结果计算各候选节点的影响分数，按下式计算：

21、

22、式中， 为候选节点  在时间片  的影响分数； 为扰动源节点 在时间片  的变化幅度； 为所述影响传播矩阵  中由扰动源节点  到候选节点  的传播系数； 为候选节点  的覆盖权重，用于反映该节点是否存在对外供电或被产品数据库调用； 为扰动源质量权重，用于反映扰动源的数据来源及完整度；

23、当同一候选节点和时间片受多个扰动事件影响时，按下式确定其在所述增量重算队列中的重算优先级：

24、

25、式中， 为重算优先级； 为产品命中因子，当该候选节点和时间片命中已发布的产品调用血缘时取 ，否则取 。

26、在一个优选例中，还包括去重处理：

27、针对所述扰动事件，根据扰动源节点、源字段、受影响时间窗口和模型版本生成事件去重键，对具有相同事件去重键的扰动数据进行合并而不重复生成独立的扰动事件；

28、在将候选节点和时间片写入所述增量重算队列时，根据所述扰动事件的标识、区域节点标识、时间片标识和模型版本生成队列去重键，当存在相同队列去重键的未完成重算任务时，在所述增量重算队列中合并对应的影响分数与传播路径而不重复重算。

29、在一个优选例中，所述新版本中还记录求解状态和计算模型版本；

30、所述对未写入所述增量重算队列的候选节点和时间片沿用原版本并记录继承关系，包括：对该候选节点和时间片不复制全量因子数据，而在版本继承索引中写入所继承的父版本标识、目标数据集版本标识和继承原因；

31、所述继承原因包括以下至少一种：影响分数低于所述更新阈值、未命中调用血缘、影响传播路径未覆盖、时间片已冻结。

32、在一个优选例中，还包括异常工况处理：

33、当时间片  的联络线潮流缺失时，根据跨区交易计划和相邻时间片的潮流数据生成候选潮流值 ：

34、

35、式中， 为节点  至节点  在时间片  的候选潮流值； 为跨区交易计划给出的潮流值；、 分别为前一时间片和后一时间片的实际潮流值； 为根据交易计划可信度与相邻时间片数据完整度确定的插值权重；将带有所述候选潮流值的拓扑边作为候选边并降低其方向置信度和发布置信度；

36、当所述加权邻接矩阵中存在闭环互供节点时，识别强连通分量并在强连通分量内部迭代求解所述分时电力碳足迹因子；当迭代次数达到最大迭代次数且前后两次迭代的因子差值仍不小于收敛阈值时，标记为低置信度状态，将所生成的分时电力碳足迹因子写入隔离区并触发复核任务，且不直接覆盖已发布的有效版本。

37、在一个优选例中，所述根据所述产品调用对象的用电量以及更新前后的分时电力碳足迹因子计算产品碳足迹差异，包括：

38、按下式计算产品碳足迹差异 ：

39、

40、式中， 为产品调用对象  的产品碳足迹差异； 为产品调用对象  在受影响时间片  的用电量； 为对应区域  在时间片  更新后的分时电力碳足迹因子； 为对应区域  在时间片  更新前的分时电力碳足迹因子；

41、当  时，将所述产品调用对象的数据集状态置为需重算并生成所述重算任务；当该比值小于所述产品差异阈值时，置为低影响归档并生成所述归档记录；式中  为所述产品调用对象的原电力碳足迹总值， 为预设的产品差异阈值；当  为零或小于预设极小正值时，不执行所述相对差异判断，而根据  是否达到绝对差异阈值生成所述重算任务、所述归档记录或复核任务。

42、本技术提供了一种基于电网拓扑传播模型的分区电力碳足迹数据集动态更新系统，包括上述方法相对应的模块：

43、数据接入与因子计算模块，用于获取电网运行数据并按预设时间粒度归并为时间片，针对每一时间片构建以电网节点或区域为顶点、以输电线路或跨区交换关系为有向边的分区电网拓扑图，并根据所述分区电网拓扑图和所述电网运行数据计算各区域节点在对应时间片下的分时电力碳足迹因子；

44、扰动识别模块，用于在所述电网运行数据发生变化时生成包含扰动源节点和变化幅度的扰动事件；

45、影响传播模块，用于针对受所述扰动事件影响的时间片，根据所述分区电网拓扑图的潮流方向和电量占比生成加权邻接矩阵，并根据所述加权邻接矩阵和传播衰减系数计算所述扰动源节点对各候选节点的影响传播结果；

46、影响分数与队列模块，用于结合所述变化幅度和所述影响传播结果计算各候选节点的影响分数，并将影响分数不小于更新阈值的候选节点和时间片写入增量重算队列；

47、增量重算与血缘写入模块，用于仅对所述增量重算队列中的候选节点和时间片重新计算分时电力碳足迹因子，写入新版本并绑定父版本、所述扰动事件、传播路径和影响分数的版本血缘记录，对未写入所述增量重算队列的候选节点和时间片沿用原版本并记录继承关系；

48、产品调用联动模块，用于根据调用血缘查询已调用更新前的所述分时电力碳足迹因子的产品调用对象，根据所述产品调用对象的用电量以及更新前后的分时电力碳足迹因子计算产品碳足迹差异，并根据所述产品碳足迹差异生成所述产品调用对象的重算任务或归档记录。

49、本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

50、上述方法通过将电网运行数据按预设时间粒度归并为时间片，并以电网节点或区域为顶点、以输电线路或跨区交换关系为有向边构建分区电网拓扑图，使发电单元出力、区域负荷、联络线潮流、线路损耗和拓扑开断等电力系统物理量能够在同一时间基准和同一拓扑结构下参与计算，从而减少因数据采样周期不一致、区域边界不一致或潮流方向未统一而导致的因子更新边界不清问题，并为后续扰动传播分析提供可计算的数据基础。

51、在电网运行数据发生变化时，通过生成包含扰动源节点和变化幅度的扰动事件，并进一步根据潮流方向和电量占比生成加权邻接矩阵 ，能够把单一数据字段的变化转换为沿电网受电结构传播的可计算信号；影响传播矩阵  与影响分数  的配合，使系统不再依据行政区域或全库范围机械更新，而是依据扰动幅度、传播系数、覆盖权重和扰动源质量权重筛选候选节点和时间片，由此在扰动影响范围有限时缩小重算范围，并提高受影响区域-时间片定位的准确性。

52、通过将影响分数不小于更新阈值的候选节点和时间片写入增量重算队列，并仅对该队列中的对象重新计算分时电力碳足迹因子，可减少未受影响区域-时间片参与重复计算的需要；新版本在写入时绑定父版本、扰动事件、传播路径、影响分数、求解状态和计算模型版本，使每一次因子变更均可回溯到对应的电网物理扰动和传播路径，未进入重算队列的对象则经版本继承索引沿用原版本，有助于降低全量复制带来的存储和维护开销，并使“重算”与“继承”具有可解释的边界。

53、事件去重键和队列去重键的设置，使同一扰动源节点、源字段、受影响时间窗口和模型版本下的重复数据能够被合并处理，同一事件命中的相同区域节点和时间片也能在队列层面合并影响分数与传播路径，从而降低重复触发重算任务的风险；对于潮流方向不确定、联络线潮流缺失、闭环互供节点不收敛或关键节点缺失率较高的情形，通过候选边、方向置信度、候选潮流值、强连通分量迭代、隔离区和复核任务等处理，有助于降低低置信度因子直接覆盖已发布有效版本的风险。

54、在产品调用联动环节，通过调用血缘查询已调用更新前分时电力碳足迹因子的产品批次、工序、企业、项目或单元过程，并基于用电量以及更新前后的因子差值计算产品碳足迹差异 ，能够将电网侧扰动传播结果进一步映射到产品 lca 数据库中的具体调用对象；对差异达到预设条件的对象生成重算任务、对低影响对象生成归档记录，使产品碳足迹结果的后续处理建立在因子版本、调用时间片和用电量的技术计算基础上，而非依赖人工经验判断。相应系统通过数据接入与因子计算、扰动识别、影响传播、影响分数与队列、增量重算与血缘写入、产品调用联动等模块实现上述处理过程，相应存储介质使该处理流程能够由处理器执行，从而为分时分区电力背景数据集的运行维护、版本追溯和必要重算提供稳定的数据处理支撑。

55、本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本技术所有可能的技术特征的组合（即技术方案）的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述 技术实现要素： 中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，在技术上可行的前提下都可以互相组合，从而构成各种新的技术方案（这些技术方案均应视为在本说明书中已经记载），除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征 a+b+c，在另一个例子中公开了特征 a+b+d+e，而特征 c 和 d 是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征 e 技术上可以与特征 c 相组合，则，a+b+c+d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而 a+b+c+e 的方案应当视为已经被记载。