电力系统碳排放流的计算方法

电力系统碳排放流的计算方法

发表时间：2016-04-26T10:11:46.057Z 来源：《电力设备》2015年第12期供稿作者：梁伟孙鹏

[导读] 国网泰安供电公司电力行业未来发展的一个重要方向就是低碳电力，要发展低碳电力就要对电力系统碳排放具有一定的认识。当前相关专家已经分析研究出了电力系统碳排放流的理念，这就给低碳电力的研究和发展带来了新的方向。运用潮流计算的结果来计算电力系统碳排放流的分布

（国网泰安供电公司 271000）

摘要：电力行业未来发展的一个重要方向就是低碳电力，要发展低碳电力就要对电力系统碳排放具有一定的认识。当前相关专家已经分析研究出了电力系统碳排放流的理念，这就给低碳电力的研究和发展带来了新的方向。运用潮流计算的结果来计算电力系统碳排放流的分布

是当前需要重点解决的问题。本文主要分析了电力系统碳排放流的分析理论、碳排放流和潮流计算之间的异同、影响电力系统碳排放流的主要因素、计算体系和计算的主要思路，在此基础上总结了电力系统碳排放流的计算方法。

关键词：电力系统；碳排放流；计算方法

1、碳排放流与潮流计算的异同

1.1计算本质与影响因素

电力系统潮流计算主要就是通过一定的运行条件和网路结构来年确定整个系统的运行状态。潮流在电网中主要受电网结构、系统参数以及边界条件的影响和约束。而电力系统碳硫排放的计算则和潮流计算相对应，它主要是根据潮流的分布定量来确定电力系统碳流排放的流动状态。

潮流分析与碳排放流分析间既存在联系也有一定的区别：一方面，碳排放流依附于潮流存在，影响系统潮流分布的因素均会对碳排放流分布产生影响，如电力网络的拓扑结构在碳排放流与潮流计算中所形成的基本约束相同；另一方面，碳排放流还与发电机组的碳排放特性相关，具有自身独特的流动性质，因此碳排放流除了受潮流分布的约束外，还受潮流计算之外的一些参数与边界条件的影响。整体来讲，电力系统碳排放流的分布与电力系统潮流分布既密切相关又有所区别。电力系统碳排放流与潮流都受网络拓扑、线路和变压器阻抗、机组出力和节点负荷因素影响；而仅影响碳排放流而不影响潮流的因素为电网潮流和机组碳排放强度。从中可以看出，影响系统碳排放流的边界条件与系统的运行状态相关。另外，由于电力系统中的能耗和碳排放主要与电源的有功出力相关，受发电机组无功出力的影响甚微，故碳排放流主要受系统中有功潮流的影响。

1.2计算体系与特点

潮流分析重点研究电力系统的运行方式；碳排放流侧重于分析电力系统碳成本的生产、转移和消费。加之碳流计算基于已平衡的系统潮流，因此碳排放流的计算体系将与潮流分析有所区别。

首先，在潮流计算中，为保证全系统的功率平衡，需要设立平衡节点。由于碳排放流与潮流一一对应，因此当系统的电力电量供需平衡时，碳排放流的注入与流出必然平衡。由此，基于已达稳态平衡的系统潮流分布进行碳流计算时，无需另设平衡节点。

其次，因碳流计算需基于潮流计算的结果展开，两者存在因果关系。当潮流计算完成时，系统中各个节点的所有变量均为已知，系统中各种节点的有功功率和无功功率在碳流计算中不存在已知量的差异，因此潮流计算中的节点分类对碳流计算无影响。

通过潮流计算可得到系统中的潮流分布，对碳排放流在电网中转移的边界条件进行限定。在此基础上还需对系统中发电机组和用电负荷的特征，以及其在系统中的连接关系进行详细描述，以完善碳流计算的基础，明确电力系统碳排放流的计算目标。具体内容如表1所示。

表1 碳流计算的已知内容与待求内容

1.3计算思路

在潮流分析中，当所有节点的有功功率、无功功率、电压和相角都通过计算得到后，所有支路的潮流就可以求得。根据碳排放流的性质，当某节点的碳势已知时，对于所有从该节点流出有功潮流的支路，这些支路上潮流的碳流密度均与该节点碳势相等。当系统中所有节点的碳势已知时，所有支路的碳流率可通过支路起始节点的碳势和支路潮流求得。若系统中各节点的碳势可通过计算得到，则各条支路乃至关键断面的碳流率和流量可求。因此，系统各节点的碳势应为碳流计算的首要目标，也是下文将详细介绍的内容。

2、碳流计算的基础

2.1支路潮流分布矩阵

支路潮流分布矩阵（branch power flowdistribution matrix）为N阶方阵，用PB＝（PBij）N×N表示。定义该矩阵的目的是为了描述

电力系统的有功潮流分布，从电力网络层面给定碳排放流分布的边界条件。该矩阵既包含电力网络的拓扑结构信息，又包含系统稳态有功潮流的分布信息。支路潮流分布矩阵中的元素具体定义如下。若节点i与节点j（i，j＝1，2，…，N）间有支路相连，且经此支路从节点i到节点j流过的正向有功潮流为ｐ，则PBij＝ｐ，PBji＝0；若流经该支路的有功潮流ｐ为反向潮流，则PBij＝0，PBji＝ｐ；其他情况下PBij＝PBji＝0。特别地，对所有对角元素，有PBii＝0（i＝1，1，…，N）。

2.2机组注入分布矩阵

机组注入分布矩阵（power injectiondistribution matrix）为K×N阶矩阵，用PG＝（PGkj）K×N表示。定义该矩阵的目的是为了描述所有发电机组与电力系统的连接关系以及机组向系统中注入的有功功率，同时也是便于描述系统中发电机组产生碳排放流的边界条件。矩阵中的元素具体定义如下。

若第k（k＝1，2，…，K）台发电机组接入节点j，且从第k个含有发电机的节点注入节点j的有功潮流为p，则PGkj＝p，否则PGkj＝0。

3、电力系统碳流计算方法

式（8）的物理意义为：节点i的碳势由接入该节点的发电机组产生的碳排放流和从其他节点流入该节点的碳排放流共同作用决定。其中等号右端分和分母的含义分别为节点i受上述2类节点的碳排放流和潮流的贡献。根据碳排放流的性质，支路碳流密度ρｓ可由支路始端节点碳势替代，将式（8）改写为以下矩阵形式：