用电碳排放的关键机组识别方法及装置与流程

1.本发明属于电力市场技术领域，具体涉及一种用电碳排放的关键 机组识别方法及装置。


背景技术：

2.低碳电力是应对全球气候变暖、实现可持续发展的关键，发展低 碳电力刻不容缓，如何通过合理有效的系统规划使得电力系统能在稳 定运行的前提下实现碳减排成为了发展低碳电力的关键问题。电力系 统是互联大系统，行政区域用电电量对应的碳排放及碳强度同时受区 域内、外发电机组碳排放的影响，制定区域性的碳减排方案时，需要 识别影响最大的碳排放发电机组，实现有的放矢。传统的分析方法仅 根据能源消耗量等宏观数据进行碳排放量的计算，无法考虑电力系统 的拓扑结构和电能传输的基本物理特性，不仅在计算上缺乏准确性和 合理性，而且难以适应电力市场环境。目前缺少一种定量分析方法， 用来准确量化发电机组对指定行政区域用电总碳排放的影响程度。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用 电碳排放的关键机组识别方法及装置，以解决现有技术中缺少一种定 量分析方法以准确量化发电机组对指定行政区域用电总碳排放的影 响程度的问题。
4.为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种用电碳排放的 关键机组识别方法，包括：
5.获取所有节点的碳排放数据以及发电机所在节点数据，构建节点 发电碳排放矩阵；
6.获取电网潮流数据以及发电机组发电数据，构建节点注入功率矩 阵以及线路潮流分布矩阵；
7.根据所述节点发电碳排放矩阵、节点注入功率矩阵以及线路潮流 分布矩阵计算机组对节点用电碳排放强度的灵敏度矩阵；
8.获取节点用电负荷功率数据，计算机组对区域用电总碳排放速率 的灵敏度；
9.对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏度；
10.根据所述可操作的灵敏度确定影响指定区域用电碳强度的关键 机组。
11.进一步的，所述获取发电机组的发电碳排放强度数据，包括：
12.根据发电机组的二氧化碳排放因子及其燃煤消耗量计算发电机 组发电的碳强度；其中所述发电机组为多个；
13.根据所述碳强度计算注入节点碳潮流；
14.获取节点输出碳强度；
15.根据发电数据计算得到所有节点的碳排放数据。
16.进一步的，所述计算发电机组发电的碳强度的计算公式为：
[0017][0018]
其中，k
p
是电厂内的发电机组数量，p
gi
和e
gi
分别是机组i的有功出 力和碳强度。
[0019]
进一步的，所述对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏度， 包括：
[0020]
结合安全约束、运行约束、调度权限，灵敏度因子进行修正，得 到可操作的灵敏度s
′
g
；计算公式为
[0021]
s
′
g
＝s
g
·
w1·
w2·
w3[0022]
其中，s
g
为灵敏度，w1、w2、w3分别表示安全约束矩阵、运行 约束矩阵、调度权限矩阵，均为k
×
k矩阵，其k行k列元素表示机组k是 否受安全约束、运行约束、调度权限影响而不能进行调节，其他元素 为0，若机组k受相应元素影响而不能调节，对应元素为0，否则为1。
[0023]
进一步的，所述根据所述可操作的灵敏度确定影响指定区域用电 碳强度的关键机组，包括：
[0024]
对所述可操作的灵敏度进行降序排列，将排序在前的机组确定为 影响指定区域用电碳强度的关键机组。
[0025]
进一步的，还包括：
[0026]
对影响指定区域用电碳强度的关键机组调减电量。
[0027]
进一步的，所述发电数据包括：
[0028]
电力和电量数据。
[0029]
本技术实施例提供一种用电碳排放的关键机组识别装置，包括：
[0030]
第一获取模块，用于获取所有节点的碳排放数据以及发电机所在 节点数据，构建节点发电碳排放矩阵；
[0031]
第二获取模块，用于获取电网潮流数据以及发电机组发电数据， 构建节点注入功率矩阵以及线路潮流分布矩阵；
[0032]
第一计算模块，用于根据所述节点发电碳排放矩阵、节点注入功 率矩阵以及线路潮流分布矩阵计算机组对节点用电碳排放强度的灵 敏度矩阵；
[0033]
第二计算模块，用于获取节点用电负荷功率数据，计算机组对区 域用电总碳排放速率的灵敏度；
[0034]
修正模块，用于对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏度；
[0035]
确定模块，用于根据所述可操作的灵敏度确定影响指定区域用电 碳强度的关键机组。
[0036]
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
[0037]
本发明提供一种用电碳排放的关键机组识别方法及装置，通过研 究碳排放在电力网络中的分布特性，辨识出对于减少该行政区域用电 碳排放的关键机组，为制定行政区域的用电碳减排路径提供参考。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是
本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明用电碳排放的关键机组识别方法的步骤示意图；
[0040]
图2为本发明用电碳排放的关键机组识别装置的结构示意图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明 的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一 部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域 普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实 施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0042]
下面结合附图介绍本技术实施例中提供的一个具体的用电碳排 放的关键机组识别方法及装置。
[0043]
碳排放，使用字符f表示，是指因某些活动造成的碳排放量，单 位为公斤二氧化碳(kgco2)。
[0044]
碳排放速率，使用字符r表示，是指单位时间内的碳排放量，单位为公斤 二氧化碳/小时(kgco2/h)。
[0045]
碳排放强度，使用字符e表示，是指单位电能量对应的碳排放量，单位为公 斤二氧化碳/千瓦时(kgco2/kwh)。
[0046]
节点个数，使用字符n表示。
[0047]
如图1所示，本技术实施例中提供的用电碳排放的关键机组识别 方法，包括：
[0048]
s101，获取所有节点的碳排放数据以及发电机所在节点数据，构 建节点发电碳排放矩阵；
[0049]
s102，获取电网潮流数据以及发电机组发电数据，构建节点注入 功率矩阵以及线路潮流分布矩阵；
[0050]
s103，根据所述节点发电碳排放矩阵、节点注入功率矩阵以及线 路潮流分布矩阵计算机组对节点用电碳排放强度的灵敏度矩阵；
[0051]
s104，获取节点用电负荷功率数据，计算机组对区域用电总碳排 放速率的灵敏度；
[0052]
s105，对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏度；
[0053]
s106，根据所述可操作的灵敏度确定影响指定区域用电碳强度的 关键机组。
[0054]
用电碳排放的关键机组识别方法的工作原理为：获取所有节点的 碳排放数据以及发电机所在节点数据，构建节点发电碳排放矩阵；获 取电网潮流数据以及发电机组发电数据，构建节点注入功率矩阵以及 线路潮流分布矩阵；根据所述节点发电碳排放矩阵、节点注入功率矩 阵以及线路潮流分布矩阵计算机组对节点用电碳排放强度的灵敏度 矩阵；获取节点用电负荷功率数据，计算机组对区域用电总碳排放速 率的灵敏度；对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏度；根据所 述可操作的灵敏度确定影响指定区域用电碳强度的关键机组。
[0055]
一些实施例中，所述获取发电机组的发电碳排放强度数据，包括：
[0056]
根据发电机组的二氧化碳排放因子及其燃煤消耗量计算发电机 组发电的碳强
度；其中所述发电机组为多个；
[0057]
根据所述碳强度计算注入节点碳潮流；
[0058]
获取节点输出碳强度；
[0059]
根据发电数据计算得到所有节点的碳排放数据。
[0060]
可以理解的是，获取发电机组的发电碳排放强度数据的计算过程如下：
[0061]
1)所有单个发电机组发电的碳强度gci(generationcarbonintensity)(gco2/kwh或tco2/mwh)由其自身的二氧化碳排放因子及其燃煤消耗量确定(或其他官方标准)，gci描述了电力生产与注入的碳潮流的关系。对于包含多个发电机组的电厂，其碳强度为：
[0062][0063]
其中，k
p
是电厂内的发电机组数量，p
gi
和e
gi
分别是机组i的有功出力和碳强度。
[0064]
2)计算注入节点碳潮流。
[0065]
定义碳潮流速率r表示单位时间内的碳潮流，f为碳潮流。
[0066]
定义节点碳强度其中g和p分别为电量和有功功率。
[0067]
计算碳潮流速率矩阵：
[0068]
r
g
＝p
g
·
e
g
(2)
[0069]
其中，r
g
和e
g
分别为注入节点碳潮流速率向量和碳强度矩阵，p
g
为功率分布矩阵。p
g
为n
×
k矩阵，包含了发电机组的拓扑位置信息和功率信息，p
gnk
表示在第n个节点由第k个机组注入的功率，r
g
为n维向量，e
g
为k维向量,表示发电机组的碳潮流速率和碳强度。
[0070]
3)计算节点输出碳强度。
[0071]
系统中第i个节点的碳强度为
[0072][0073]
其中，i

表示向节点i注入功率的线路，ρ
s
为线路s的碳强度，改写成矩阵形式为：
[0074][0075][0076]
p
′
b
是n阶矩阵，表示线路潮流分布矩阵；e
n
为n维行向量，表示节点输出碳强度；是第i个节点的n维行向量；p
n
为节点流出有功功率矩阵。
[0077]
整理得
[0078][0079]
在此基础上，可以结合发电数据(电力和电量数据)，计算得到所有节点的碳排放
数据。
[0080]
优选的，所述对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏度，包 括：
[0081]
结合安全约束、运行约束、调度权限，灵敏度因子进行修正，得 到可操作的灵敏度s
′
g
；计算公式为
[0082]
s
′
g
＝s
g
·
w1·
w2·
w3[0083]
其中，s
g
为灵敏度，w1、w2、w3分别表示安全约束矩阵、运行 约束矩阵、调度权限矩阵，均为k
×
k矩阵，其k行k列元素表示机组k是 否受安全约束、运行约束、调度权限影响而不能进行调节，其他元素 为0，若机组k受相应元素影响而不能调节，对应元素为0，否则为1。
[0084]
优选的，所述根据所述可操作的灵敏度确定影响指定区域用电碳 强度的关键机组，包括：
[0085]
对所述可操作的灵敏度进行降序排列，将排序在前的机组确定为 影响指定区域用电碳强度的关键机组。
[0086]
一些实施例中，本技术提供的用电碳排放的关键机组识别方法， 还包括：对影响指定区域用电碳强度的关键机组调减电量。
[0087]
作为一个优选的实施方式，本技术提供的用电碳排放的关键机组 识别方法的计算步骤如下：
[0088]
1)读取发电机组的发电碳排放强度数据以及发电机所在节点数 据，构建节点发电碳排放矩阵e
g
。
[0089]
e
g
为n
×
k矩阵，其第n行第k列元素e
g,nk
表示机组k的发电对节 点n的发电碳排放强度，计算方式为，若机组k所在节点为n，则e
g,nk
等 于机组k的发电碳排放强度，否则为0。
[0090]
2)读取电网潮流数据以及发电机组发电数据，构建节点注入功 率矩阵p
n
以及线路潮流分布矩阵p
b
。
[0091]
p
n
为n阶对角阵，其第n行第n列对角元素p
n
为属于该节点的发电 功率注入总量加上流入该节点的线路功率总和。
[0092]
p
b
为n
×
n阶矩阵，若存在线路从节点i有流向节点j的功率 power
ij
，则p
b
元素p
ij
＝power
ij
，p
b
的其他元素为0。
[0093]
3)计算机组对节点用电碳排放强度的灵敏度矩阵s，s为n
×
k矩 阵，其第n行第k列元素表示机组k的对节点n的用电碳排放强度的灵 敏度。
[0094][0095]
4)读取节点用电负荷功率数据d，d为n行向量，第n行元素表示 节点n的用电功率，计算机组对区域用电总碳排放速率的灵敏度s
g
[0096][0097]
s
g
为k列向量，第k列元素表示机组k对区域用电总碳排放速率的 灵敏度。
[0098]
5)从实际可行的角度出发，综合考虑安全约束、运行约束、调 度权限，灵敏度因子进行修正，得到可操作的灵敏度s
′
g
。
[0099]
s
′
g
＝s
g
·
w1·
w2·
w3[0100]
其中w1、w2、w3分别表示安全约束矩阵、运行约束矩阵、调度 权限矩阵，均为k
×
k矩
阵，其k行k列元素表示机组k是否受安全约束、 运行约束、调度权限影响而不能进行调节，其他元素为0。若机组k受 相应元素影响而不能调节，对应元素为0，否则为1。
[0101]
6)对s
′
g
的灵敏度进行降序排列，排序靠前的机组为影响指定区 域用电碳强度的关键机组，需要优先调减其电量。
[0102]
如图2所示，本技术实施例提供一种用电碳排放的关键机组识别 装置，包括：
[0103]
第一获取模块201，用于获取所有节点的碳排放数据以及发电机 所在节点数据，构建节点发电碳排放矩阵；
[0104]
第二获取模块202，用于获取电网潮流数据以及发电机组发电数 据，构建节点注入功率矩阵以及线路潮流分布矩阵；
[0105]
第一计算模块203，用于根据所述节点发电碳排放矩阵、节点注 入功率矩阵以及线路潮流分布矩阵计算机组对节点用电碳排放强度 的灵敏度矩阵；
[0106]
第二计算模块204，用于获取节点用电负荷功率数据，计算机组 对区域用电总碳排放速率的灵敏度；
[0107]
修正模块205，用于对所述灵敏度进行修正，得到可操作的灵敏 度；
[0108]
确定模块206，用于根据所述可操作的灵敏度确定影响指定区域 用电碳强度的关键机组。
[0109]
本技术实施例提供的用电碳排放的关键机组识别装置的工作原 理为，第一获取模块201获取所有节点的碳排放数据以及发电机所在 节点数据，构建节点发电碳排放矩阵；第二获取模块202获取电网潮 流数据以及发电机组发电数据，构建节点注入功率矩阵以及线路潮流 分布矩阵；第一计算模块203根据所述节点发电碳排放矩阵、节点注 入功率矩阵以及线路潮流分布矩阵计算机组对节点用电碳排放强度 的灵敏度矩阵；第二计算模块204获取节点用电负荷功率数据，计算 机组对区域用电总碳排放速率的灵敏度；修正模块205对所述灵敏度 进行修正，得到可操作的灵敏度；确定模块206根据所述可操作的灵 敏度确定影响指定区域用电碳强度的关键机组。
[0110]
本技术实施例提供一种计算机设备，包括处理器，以及与处理器 连接的存储器；
[0111]
存储器用于存储计算机程序，计算机程序用于执行上述任一实施 例提供的用电碳排放的关键机组识别方法；
[0112]
处理器用于调用并执行存储器中的计算机程序。
[0113]
综上所述，本发明提供一种用电碳排放的关键机组识别方法及装 置，包括通过构建节点发电碳排放矩阵、节点注入功率矩阵以及线路 潮流分布矩阵；从而计算机组对节点用电碳排放强度的灵敏度矩阵； 计算机组对区域用电总碳排放速率的灵敏度；对灵敏度进行修正，得 到可操作的灵敏度；根据可操作的灵敏度确定影响指定区域用电碳强 度的关键机组。本发明定量分析各发电机组对指定区域内各节点的用 电碳排放的灵敏度，进而得到各发电机组对区域总的用电碳排放的灵 敏度，识别出对于减少该行政区域用电碳排放的关键机组，在此基础 上综合考虑机组调度运行实际制约与影响因素，决策形成可减少该行 政区域用电碳排放的关键机组，为制定行政区域的用电碳减排路径提 供参考。
[0114]
可以理解的是，上述提供的方法实施例与上述的装置实施例对应， 相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
[0115]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系 统、或计算机程
序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全 软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术 可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用 存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算 机程序产品的形式。
[0116]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算 机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序 指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图 和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指 令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理 设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处 理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数 据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计 算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实 现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框 中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理 设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产 生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令 提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框 或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。