一种低碳排配电台区及其碳足迹监测方法

1.本发明涉及碳排放技术领域，尤其是一种低碳排配电台区以及碳足迹监测方法。


背景技术：

2.配电变压器是电力系统中分配电能的关键设备，其功能主要是将10kv的三相交流电变换成0.4kv的交流电，以供用户直接使用。从电网结构角度讲，配电变压器是电力网络及其运行管理的最末梢单元，是供电管理部门衔接电力用户的关键环节，它具有分布范围广、总体数量大等特点。
3.近年来，风力发电、太阳能发电、水力发电、地热发电等多种发电方式和电动汽车、规模化储能等多种用电形式，共同推动着电力系统发生巨变，电能获取与电能使用模式的改变使配电变压器的运行管理面临新的挑战。同时也明确了以新能源为主体的新型电力系统建设方向，作为电力系统电能分配的关键设备，配电变压器在含有多种分布式电源、储能、电动汽车、微电网等单元的末端电网中，则是降低碳排放量的核心关注目标。
4.相关技术中，并未能实现对电能质量的优化控制和变压器负载调节方式来抑制台区损耗，对于变压器的碳排放并未能实现全面的追踪与调控。


技术实现要素：

5.有鉴于此，为至少部分解决上述技术问题之一，本发明实施例目的在于提供一种具有较高的调控柔性，并能够实现节能和低碳控制的低碳排配电台区；与此同时，本技术技术方案还提供能够基于前述的低碳排配电台区所实现的碳足迹监测方法。
6.一方面，本技术技术方案提供了一种低碳排配电台区，该低碳排配电台区包括高压室和低压室；
7.其中，所述高压室包括配电变压器和第一断路器；所述低压室包括碳排量监测器、第二断路器和若干第三断路器；所述第一断路器的一端连接三相电压进线，所述第一断路器的另一端连接至所述配电变压器的输入端，所述配电变压器的输出端连接至所述第二断路器的一端，所述第二断路器的另一端连接至所述第三断路器，所述第一断路器、第二断路器以及第三断路器均与所述碳排量监测器通信连接；
8.所述碳排量监测器用于根据第一断路器、第二断路器以及第三断路器所采集得到电力线路数据进行碳足迹分析；
9.所述碳排量监测器包括数据获取单元，数据识别与边缘计算单元以及碳排量可视化单元；
10.所述数据获取单元，用于获取所述电力线路数据，所述电力路线数据包括电压信息和电流信息；
11.数据识别与边缘计算单元，用于根据所述电压信息以及所述电流信息确定目标能源的发电量；
12.碳排量可视化单元，用于根据所述发电量以及单位碳排量确定碳足迹向量，根据
所述碳足迹向量确定配电变压器的碳排量。
13.在本技术方案的一种可行的实施例中，该低碳排配电台区的低压室还包括并网逆变器、充放电控制器以及储能电池单元；所述并网逆变器和所述充放电控制器均连接至所述第三断路器，所述充放电控制器连接至所述储能电池单元；
14.所述并网逆变器用于连接至分布式风/光发电系统。
15.在本技术方案的一种可行的实施例中，该低碳排配电台区的低压室设置有若干接线端子，所述接线端子的一端连接至所述第三断路器，所述接线端子的另一端连接至电力负荷。
16.在本技术方案的一种可行的实施例中，该低碳排配电台区还包括第一状态信息采集单元和第二状态信息采集单元；
17.所述第一状态信息采集单元用于获取所述高压室中的第一设备状态信息；
18.所述第二状态信息采集单元用于获取所述低压室中的第二设备状态信息。
19.在本技术方案的一种可行的实施例中，该低碳排配电台区的碳排量监测器还包括控制指令发送单元；
20.所述控制指令发送单元的连接至所述数据识别与边缘计算单元，所述控制指令发送单元还与所述第一断路器、所述第二断路器以及所述第三断路器进行通信连接；
21.所述控制指令发送单元用于根据所述碳排量触发碳减排策略，并根据所述碳减排策略生成控制信号发送至所述第一断路器、所述第二断路器以及所述第三断路器。
22.在本技术方案的一种可行的实施例中，该配电变压器的碳排量监测器还包括数据缓存单元以及数据筛选单元；
23.所述数据缓存单元，用于对所述电力线路数据进行缓存；
24.所述数据筛选单元，用于对所述电力线路数据进行筛选，剔除所述电力线路数据中的噪声数据。
25.另一方面，本技术技术方案还提供了一种碳足迹监测方法，可以应用于前一方面中的配电变压器，方法包括以下步骤：
26.获取所述电力线路数据，所述电力路线数据包括电压信息和电流信息；
27.根据所述电压信息以及所述电流信息确定目标能源的发电量；
28.根据所述发电量以及单位碳排量确定碳足迹向量，根据所述碳足迹向量确定配电变压器的碳排量。
29.在本技术方案的一种可行的实施例中，方法中根据所述发电量以及单位碳排量确定碳足迹向量，根据所述碳足迹向量确定配电变压器的碳排量这一步骤包括：
30.通过所述发电量构建得到能耗矩阵；
31.根据所述单位碳排量构建得到碳排量向量矩阵；
32.根据所述能耗矩阵以及碳排量向量矩阵计算得到所述碳足迹向量。
33.在本技术方案的一种可行的实施例中，所述方法还包括以下步骤：
34.根据所述碳排量进行碳足迹分析，根据碳足迹分析结果执行碳减排策略；
35.所述碳减排策略包括以下步骤至少之一：
36.优先全额消纳低碳或零碳电能；
37.降低无效用电比例。
38.在本技术方案的一种可行的实施例中，方法中根据所述碳排量进行碳足迹分析这一步骤包括：
39.获取设备状态信息；
40.对所述设备状态信息进行设备状态分析，所述设备状态分析包括以下步骤至少之一：
41.确定配电变压器中断路器节点功率；
42.对所述配电变压器的电能质量进行分析；
43.确定所述配电变压的台区损耗。
44.本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，其他部分可以通过本发明的具体实施方式了解得到：
45.本技术的技术方案所提供的低碳排配电台区采用了电力物联网技术，以配电台区内断路器、充放电控制器和传感器等设备为智能数据节点构筑物联网络，能够整合各种用电负载，并且通过对台区电力设备运行状态的监测、数据分析和有序控制，实现台区隐患/故障的预警、新能源消纳能力的提升和设备线路损耗的抑制，从而达到减低碳排的目的；此外方案采用电能质量优化控制和变压器负载率调节的方式，还能够抑制台区损耗。
附图说明
46.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
47.图1是本发明实施例所提供的低碳排配电台区结构图；
48.图2是本发明实施例所提供的低碳排配电台区的电路结构图；
49.图3是本发明实施例所提供的一种碳足迹监测方法的步骤流程图；
50.图4是本发明实施例所提供的另一种碳足迹监测方法的步骤流程图。
具体实施方式
51.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
52.本技术技术方案为了增强配电台区对零碳电力，例如屋顶光伏发电、家用风力发电、小型水力发电等等的消纳能力，减少台区变压器及线路损耗，提升台区电力调控的柔性，在保障安全可靠供电的前提下，通过节能和低碳控制，从而使得配电变压器向“零碳化”方向发展；因此，在一方面，如图1所示，本技术的实施例提供了一种低碳排配电台区，该配电变压器包括高压室和低压室两个部分。
53.其中，高压室包括配电变压器和第一断路器；低压室包括碳排量监测器、第二断路器和若干第三断路器；第一断路器的一端连接三相电压进线，第一断路器的另一端连接至
配电变压器的输入端，配电变压器的输出端连接至第二断路器的一端，第二断路器的另一端连接至第三断路器，第一断路器、第二断路器以及第三断路器均与碳排量监测器通信连接。
54.具体在实施例中，高压室中，三相10kv电压进线连接智能断路器s1，即第一断路器。实施例中，智能断路器s1除具备传统断路器功能外，还可采集电力线路三相电压、电流信息，并将信息编码后通过无线方式传输给低压室的碳排量监测器。智能断路器s1的出线端连接10kv/0.4kv配电变压器t，t中安装了智能传感器st，用于采集变压器表面温度、声纹、绝缘状态等信息，并将信息编码后通过无线方式传输给低压室的碳排量监测器。在实施例的低压室中，来自t的出线与智能断路器s2，即第二断路器相连；智能断路器s2除具备传统断路器功能外，还可采集电力线路三相电压、电流信息，并将信息编码后通过无线方式传输给碳排量监测器。s2的出线端分别若干第三断路器，即分别连接智能断路器k1、智能断路器k2、智能断路器k3和智能断路器k4；智能断路器k1～k4除具备传统断路器功能外，还可采集电力线路三相电压、电流信息，并将信息编码后通过无线方式传输给碳排量监测器。
55.在实施例所提供的低碳排配电台区中，碳排量监测器用于根据第一断路器、第二断路器以及第三断路器所采集得到电力线路数据进行碳足迹分析。并且，如图2所示，实施例中的碳排量监测器包括数据获取单元，数据识别与边缘计算单元以及碳排量可视化单元(碳排量统计与显示单元)。
56.具体在实施例中，数据获取单元，用于获取电力线路数据，电力路线数据包括电压信息和电流信息；数据识别与边缘计算单元，用于根据电压信息以及电流信息确定目标能源的发电量；碳排量可视化单元，用于根据发电量以及单位碳排量确定碳足迹向量，根据碳足迹向量确定配电变压器的碳排量。
57.在一些可以选择的实施例中，低碳排配电台区的低压室设置有若干接线端子，接线端子的一端连接至第三断路器，接线端子的另一端连接至电力负荷。
58.具体在实施例中，如图1所示，智能断路器k2分别连接智能断路器k1、智能断路器k2、智能断路器k3和智能断路器k4，k1～k4分别连接线端子p1、接线端子p2、接线端子p3和接线端子p4，接线端子p1～p4分别与电力负荷相连，k1～k4除具备传统断路器功能外，还可采集电力线路三相电压、电流信息，并将信息编码后通过无线方式传输给碳排量监测器。
59.除此之外，实施例中的智能断路器k1还可以连接智能电容器c；该智能电容器c主要用于补偿配电变压器的电抗。
60.在一些可以选择的实施例中，低碳排配电台区的低压室还包括并网逆变器、充放电控制器以及储能电池单元；并网逆变器和充放电控制器均连接至第三断路器，充放电控制器连接至储能电池单元；并且并网逆变器用于连接至分布式风/光发电系统。
61.具体在实施例中，智能断路器k3连接并网逆变器，并网逆变器连接接线端子p5，p5连接分布式风/光发电系统；智能断路器k4连接充放电控制器，充放电控制器除具备双向交直流转换功能外，还可采集电力线路三相电压、电流信息，并将信息编码后通过无线方式传输给碳排量监测器，充放电控制器与储能电池相连，储能电池上配置了传感器st，传感器st用于采集电池soc、soh、温度等信息，并将信息编码后通过无线方式传输给碳排量监测器。
62.在一些可以选择的实施例中，低碳排配电台区还包括第一状态信息采集单元和第二状态信息采集单元，第一状态信息采集单元用于获取高压室中的第一设备状态信息；第
二状态信息采集单元用于获取低压室中的第二设备状态信息。
63.具体在实施例中，第一状态信息采集单元即指传感器st，第二状态信息采集单元即指传感器st。实施例中可以采用st和st采集t和bs的设备状态信息，通过对上述智能断路器和充放电控制器c2的控制实现设备线路损耗抑制与新能源消纳能力提升。
64.如图2所示，在一些可以选择的实施例中，碳排量监测器还包括控制指令发送单元；其中，控制指令发送单元的连接至数据识别与边缘计算单元，控制指令发送单元还与第一断路器、第二断路器以及第三断路器进行通信连接；控制指令发送单元用于根据碳排量触发碳减排策略，并根据碳减排策略生成控制信号发送至第一断路器、第二断路器以及第三断路器。
65.具体在实施例中，实施例的控制指令发送单元通过控制各个断路器以及其他电气元器件以使得在用电负荷端，允许分布式电源、微电网、电动汽车v2g、分布式储能等特殊负荷自由接入，且采取分布式电源全额消纳的方式运行。
66.如图2所示，在一些可以选择的实施例中，碳排量监测器还包括数据缓存单元以及数据筛选单元；数据缓存单元，用于对电力线路数据进行缓存；数据筛选单元，用于对电力线路数据进行筛选，剔除电力线路数据中的噪声数据。
67.在第二方面，如图3所示，实施例中可以基于第一方面中的低碳排配电台区所实现的碳足迹监测方法，其主要包括步骤s100-s300：
68.s100、获取电力线路数据，其中，电力路线数据包括电压信息和电流信息；
69.具体在实施例中，实施例中通过高压室和低压室中采集得到数据包括但不限于断路器s1 采集线电压uab、ubc、uca和相电流ia、ib、ic；断路器s2采集相电压电压ua、ub、 uc和相电流ia、ib、ic；断路器k1～k4分别采集相电压电压ua、ub、uc和相电流ia、 ib、ic；断路器k1～k4分别采集相电压电压ua、ub、uc和相电流ia、ib、ic。
70.s200、根据电压信息以及电流信息确定目标能源的发电量；
71.具体在实施例中，通过步骤s100中所获取电压以及电流数据信息，计算得到当前台区第 j天消耗第i种能源发电的总量为w
ji
。
72.s300、根据发电量以及单位碳排量确定碳足迹向量，根据碳足迹向量确定配电变压器的碳排量；
73.具体在实施例中，步骤s300在确定配电变压器的碳排量过程中，可以执行步骤s310
‑ꢀ
s330：
74.s310、通过发电量构建得到能耗矩阵；
75.s320、根据单位碳排量构建得到碳排量向量矩阵；
76.s330、根据能耗矩阵以及碳排量向量矩阵计算得到碳足迹向量；
77.具体在实施例中，电能的使用虽然不直接产生碳排，但是从一次能源转化成二次电能的过程中所产生的碳排量应由用电设备或电力用户分摊。遵循此原则，假设某台区有1～n种一次能源发电，第i种能源发出1度电所产生的碳排量用ei表示，每个月按30天计算，第j 天消耗第i种能源发电的总量为w
ji
，第j天消耗第i种能源分摊的碳排量用e
ji
表示，则有：
78.ce
ij
＝w
ij
·ei
79.将每天的碳足迹用向量cej表示为下列公式：
80.cej＝[ce
1j ce
2j ... ce
nj
]
t
＝wk·e[0081][0082]
e＝[e
1 e2...en]
t
[0083]
其中，wj为第k月的能耗矩阵，e为碳排量当量矩阵。根据碳足迹用向量cej的计算公式，第j天的碳排量用cetj表示，第k月的碳排量用cetk表示，第t年的碳排量用cet
t
表示，分别如下：
[0084][0085][0086][0087]
通过上述的公式可以获取配电台区的日、月、年碳排量数据，并由此描绘碳排量大数据曲线。
[0088]
在一些可以选择的实施例中，方法还可以包括步骤s400根据碳排量进行碳足迹分析，根据碳足迹分析结果执行碳减排策略。
[0089]
具体在实施例中，碳足迹分析的内容包括但不限于：有效用电碳排量、无效耗电碳排量、高碳排电能接入比例、低碳排电能接入比例以及零碳排电能接入比例。实施例中碳减排策略包括但不限于以下策略：其一、优先全额消纳低碳或零碳电能，如光伏发电、风电和水电等，对应控制低碳排配电台区执行的动作是：控制充放电器c2以及断路器；其二，降低电能损耗等无效用电比例，提升台区电能的有效利用率，对应控制低碳排配电台区执行的动作是：控制k1及充放电控制器c2。
[0090]
在一些可以选择的实施例中，方法在步骤s400中，还可以包括步骤s410-s420：
[0091]
s410、获取设备状态信息；
[0092]
s420、对设备状态信息进行设备状态分析；
[0093]
具体在实施例中，如图4所示，实施例首先获取低碳排配电台区的相关状态数据，该状态数据的来源不仅仅限于传感器st和st所采集得到状态信息，其可以包括智能断路器节点电压、电流数据、设备温度、绝缘性、漏电状态数据或者箱体内外环境温度、湿度、视频等。此外，在进行状态信息进行分析之前，实施例还需要根据预设的报警阈值，对采集到的数据进行检验，如果相应的数据数值超出报警阈值，则生成相应预警。在实施例中，进行预警的内容包括但不限于过电压预警、过电流预警、变压器过热预警、电池高温预警以及异物入侵预警。在确定数据均处于报警阈值以下，实施例则根据所获取的相关状态数据进行数据分析，分析的具体过程可以包括智能断路器节点的功率计算、电能质量状态分析以及台区损耗分析，其中，台区损耗分析还可以进一步包括变压器损耗、电池损耗、传输线损耗以及漏电损耗等分析过程。
[0094]
本发明实施例还可以提供一种存储介质内存储有程序，程序被处理器执行，实现上述碳足迹监测方法。
[0095]
从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明所提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：
[0096]
1)本技术技术方案采用了电力物联网技术，以配电台区内断路器、充放电控制器和传感器等设备为智能数据节点构筑物联网络，整合分布式发电系统、储能单元、微电网、电动汽车v2g等资源，通过对台区电力设备运行状态的监测、数据分析和有序控制，实现台区隐患/故障的预警、新能源消纳能力的提升和设备线路损耗的抑制，从而达到低碳排和运行的目的。
[0097]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0098]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
[0099]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
[0100]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0101]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0102]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这
些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。