[发明专利]基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于低碳电力及电力系统运行测量技术领域，特别涉及一种基于碳排放流的主动配电网用户用电碳排放量的测量方法。

背景技术

在低碳电力领域中，电力系统碳排放量的测量与计算分析是基础性工作。建立一个科学的碳排放测量、计算与分析的网络化方法是实现碳减排的重要基础。而现有的碳排放量计算方法从宏观数据出发，根据能源消耗量进行统计，具有计算简单、结果准确、方法实用的优点。但是，该方法仅从有形的排放“出口”处进行测量，而忽视了碳排放从“源头”到“出口”的流动与分布规律。随着低碳电力研究的不断发展，仅仅依靠碳排放量计算，无法完全体现电力系统的低碳特征，该方法的局限性将逐渐显现出来。

最主要的局限性在于：电能是典型的二次能源，其碳排放集中在发电环节，在输电和用电环节基本不产生碳排放。而电能作为一种商品，其效用却全部由消费者获得，当不同地区间存在电能交换时，发电产生的能源消耗与碳排放却不会随着电能转移。在电力行业中，发电环节通常被认为是碳排放的源头，但实际上，需求导致生产，在某种意义上电力负荷才是碳排放真正的源头。现有的碳排放计算测量方法可以界定各个地区的电力系统生产电力所带来的碳成本，却无法厘定各地在电力交换的情况下因支撑经济发展伴随的低碳责任，这将使能源输出地区在低碳发展中处于弱势，不利于电力系统低碳减排目标的合理分配。

在电力系统中，不同的发电技术具有不同的碳排放特性，但各类电厂产生的潮流和碳排放（如果有的话）并无差异。这样，相比在商贸物流中的应用，碳排放流在电力系统中存在着有更为简便和灵活的应用空间，也更容易构建电力系统碳排放流的理论体系。

电力系统中的潮流分布于由发电厂、变电站、输电线、母线等设备连接起来的电网之中，抽象地讲，电力系统由一系列的发电机、输电线路、电力用户（负荷），以及变压器、开关等配电和变电设备组成。发电机和电力用户可分别视为电力系统中的电源节点和用户节点，变压器在系统中被视为变压器节点。在电力系统中，根据变压器工作状态和分析角度的不同，变压器节点可被视为等效的电源节点，也可被视为等效的用户节点。当变压器被未被视为等效发电机节点时，变压器节点和用户节点统称为非电源节点。输电线、母线和线路上的开关可视为电力系统中的支路（因开关一般位于输电线和母线上控制线路开断，可视为支路的一部分）。由此，电力系统可视为由节点和支路组成的网络。将电力系统碳排放流定义为依附于电力潮流存在且用于表征电力系统中维持任一支路潮流的碳排放所形成的虚拟网络流，在电力系统领域中可简称为碳排放流。

直观上，电力系统碳排放流相当于给电力系统中每条支路上的潮流加上碳排放的标签。由于碳排放流与潮流间存在依附关系，可以认为：在电力系统中，碳排放流从发电厂（电源节点）出发，随着电厂发出的功率进入电力系统，跟随系统中的潮流在电网中流动，最终流入用户侧的消费终端（用户节点）。表面上，碳排放是经由发电厂排入大气，实质上，碳排放是经由碳排放流由电力用户所消费。在电力系统中，碳排放流的相关理论体系以及概念和定义如下：

支路碳流量：支路碳流量用于表征支路上碳流的大小，用符号F表示。具体定义为：给定时间内随潮流而通过某条支路的碳流量所对应的碳排放量，单位一般为（tCO₂或kgCO₂）。支路碳流量在数值上等于在给定时间内为产生和维持该支路潮流而在发电环节所产生的碳排放量。

支路碳流率：支路碳流率定义为某条支路在单位时间内随潮流而通过的碳流量，用符号R表示，在数值上等于支路碳流量对时间的导数：

R＝dF/dt                   (1)

支路碳流率的单位一般为（tCO₂/h或kgCO₂/s）。

显然，支路碳流量是支路碳流率在给定时间内的积分值。

支路碳流密度：考虑到电力系统中碳排放主要与有功潮流相关，为表征两者结合的特征，定义电力系统任一支路碳流率R与有功潮流P的比值为该支路碳流密度，以符号ρ表示：

ρ＝R/P                      (2)

根据支路碳流量与支路碳流密度定义，不难得到支路碳流密度单位与发电侧碳排放强度的单位相同，一般为（kgCO₂/kWh）。如此，在电源节点出线中，支路碳流密度等于电源的碳排放强度，而在进入负荷终端的线路中，支路碳流密度等于支路传输单位电量消费所造成的发电侧的碳排放量，具有明确的物理意义。