基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置与流程

1.本发明涉及电碳核算领域，特别是涉及一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置。


背景技术：

2.全球气候变暖是全人类共同面临的生态危机，其中，能源燃烧是我国主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的88％左右，电力行业排放又约占能源行业排放的41％。电网连接电力生产和消费，是重要的网络平台，是能源转型的中心环节。
3.在现行电力碳核算方法中，直接碳排放核算，一般采用宏观统计法；间接碳排放核算，一般采用平均碳排放因子法。随着新能源渗透率不断提高，一方面，当前碳排放核算方法的时空间分辨率不够精细；另一方面，电力系统碳核算的时空广度需进一步提升，不能体现碳排放因子在电力系统全环节的时空差异性。碳排放流分析理论认为，碳排放流实际上是一种依附于电力潮流存在且随系统潮流定向移动的耦合碳排放虚拟网络流，通过电力网络拓扑将流过支路和节点的碳排放流与系统中发电机组注入的碳排放流对应起来，从而发现碳排放流形成的机理，识别碳排放流从发电机组流向负荷的通道。尽管碳排放流分析理论可定量描述电力系统中流过各个节点、各条支路和各处负荷相对应的碳排放流与系统中所有发电机组碳排放的定量关联关系，但需生成支路潮流分布矩阵、机组注入分布矩阵、节点有功通量矩阵、支路碳流率分布矩阵和发电机碳排放强度向量、节点碳势向量、负荷碳流率向量等计算参数，并基于这些计算参数进行矩阵运算以实现电碳矩阵方程求解。由于电力系统实际运行拓扑结构复杂多变，比如存在环流，上述计算参数生成会比较困难，而且在求解过程中，当相应矩阵不可逆时，还需进行额外处理，使其应用存在一定局限性。另外，随着新型电力系统建设持续推进，越来越多的储能设备接入电力系统，储能设备充放电对电力系统碳排放流的影响已难以忽略，因而考虑储能设备对电力系统碳排放流的作用机制已成为必然要求。


技术实现要素：

4.鉴于此，针对现有方法存在的问题和不足，本发明提出了一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置。
5.第一方面，本发明提供了一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法，所述方法至少包括：电力网络电碳图数据构建、电力网络精细化电碳追踪计算和电力网络电碳追踪结果生成三个子方法。
6.具体地，电力网络电碳图数据构建是通过电力网络拓扑关系、潮流分布和机组碳排放信息等基础数据生成电力网络的图数据表示。
7.进一步地，电力网络拓扑关系是指电力网络中各节点之间的电气连接关系和地理位置关系。进一步地，电气连接关系用于描述各节点之间的电力连接信息，地理位置关系用于描述各节点之间的地理位置信息。
8.进一步地，电力网络潮流分布是指电力网络中各节点汇入支路/流出支路的功率以及各支路功率损耗，可由系统潮流计算或状态估计获得。进一步地，在电碳核算领域，功率和功率损耗一般只使用有功功率和有功功率损耗。
9.进一步地，电力网络机组碳排放信息包括但不限于各机组(包括处于放电状态的储能设备)输出电力对应的电网碳排放，其单位为千克/千瓦时(kg/kwh)或吨/兆瓦时(t/mwh)，可根据实际需要选取或换算。进一步地，所述电力网络机组一般是指火电机组、风电场、光伏电站等发电设备或单元，也可以是用于表示外部电网、微电网等具有输出电力能力的等值机组。
10.进一步地，在所述电力网络电碳图数据中，定义四种类型的节点：
11.1)根源节点：只能生产电力，并对外输出电力，是电力网络中的碳源。电力网络中的发电机组属于该类节点；
12.2)叶汇节点：只能消费电力，并对内输入电力，是电力网络中的碳汇。电力网络中的负荷属于该类节点；
13.3)可变节点：本身不能生产或消费电力，但既能对内输入电力，又能对外输出电力，是电力网络中的碳排放流调节节点。进一步地，当可变节点对外输出电力时，其作用相当于根源节点；当可变节点对内输入电力时，其作用相当于叶汇节点。电力网络中的储能设备属于该类节点；
14.4)输配节点：本身不能生产或消费电力，仅用于表示电力传输和分配过程中的电气连接点，是电力网络中的碳排放流中间节点。电力网络中的发电机组接入点、储能接入点、负荷接入点等电气连接点属于该类节点。
15.进一步地，所述四种类型的节点均包含关系、电气和碳流三种基本属性，具体定义如下：
16.1)根源节点
17.关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；
18.电气属性：流出支路功率；
19.碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
20.2)叶汇节点
21.关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；
22.电气属性：汇入支路功率；
23.碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
24.3)可变节点
25.关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；
26.电气属性：流出支路功率或汇入支路功率。进一步地，当可变节点对外输出电力时，其相当于根源节点，仅有流出支路功率；当可变节点对内输入电力时，其相当于叶汇节点，仅有汇入支路功率；
27.碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
28.4)输配节点
29.关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；
30.电气属性：汇入支路功率和流出支路功率；
31.碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量。
32.进一步地，在所述电力网络电碳图数据中，支路用于描述上述节点之间的电气连接关系，各节点之间的连接关系一般可表示为邻接矩阵或邻接表的形式。支路也包含电气和碳流属性：
33.电气属性：支路输入端功率或支路输出端功率、支路损耗功率；
34.碳流属性：支路输入端电网碳排放贡献度向量或支路输出端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量。
35.进一步地，支路输入端功率是指支路起始节点处的电力潮流，支路输出端功率是指支路终结节点处的电力潮流，支路潮流损耗是支路输入端潮流与该支路输出端潮流的差值。进一步地，某条支路的两个端点中，哪一个为起始节点，取决于该支路中有功潮流的实际流向。具体地，若某条支路两个端点分别为节点i和j，某一时刻该支路实际有功潮流由节点i流向节点j，则节点i为该支路的起始节点，节点j为该支路的终结节点；另一时刻该支路实际有功潮流由节点j流向节点i，则节点j为该支路的起始节点，节点i为该支路的终结节点。
36.具体地，在电力网络电碳图数据构建后，即可进行电力网络精细化电碳追踪计算，所述计算包括下列步骤：
37.步骤s1：定义支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和节点电网碳排放贡献度向量三个基本参数。
38.具体地，支路输入端电网碳排放贡献度向量是指该支路输入端有功功率潮流对应碳排放中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)分别提供的碳排放。某一时间断面，若电力网络中的第i个节点，具有条流出支路，则该节点的第j条流出支路输入端的电网碳排放贡献度向量可按下式计算：
[0039][0040]
式(1-1)中，表示第i个节点的第j条流出支路输入端的有功功率。
[0041]
具体地，支路损耗电网碳排放贡献度向量是指电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为某条支路功率损耗折合碳排放分别提供的碳排放，可按下式计算：
[0042][0043]
式(1-2)中，表示第i个节点的第j条流出支路对应的有功功率损耗；表示第i个节点的第j条流出支路损耗电网碳排放贡献度向量。
[0044]
进一步地，根据支路输入端电网碳排放贡献度向量和支路损耗电网碳排放贡献度向量，可推导出支路输出端电网碳排放贡献度向量。所述支路输出端电网碳排放贡献度向量是指该支路输出端有功功率潮流对应碳排放中各个根源节点(包括可变节点中属于根源
节点的节点)分别提供的碳排放，可按下式计算：
[0045][0046]
式(1-3)中，表示第i个节点的第j条流出支路输出端电网碳排放贡献度向量。
[0047]
进一步地，支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和支路输出端电网碳排放贡献度向量三个参数中仅有两个是独立的，可根据实际需要任意选取其中两个参数作为电力网络电碳追踪计算的基本参数。
[0048]
具体地，节点电网碳排放贡献度向量是指电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为某个节点分别提供的碳排放。某一时间断面，在一个具有n个节点，b条支路，s个电源(碳源)，d个负荷(碳汇)和p个储能(其中，该时刻处于输出电力的储能为m个，处于输入电力的储能为l个，m和l应满足m+l≤p，因为储能设备也可能处于待机状态)的电力网络中，第i个节点的电网碳排放贡献度向量φi可按下式表示：
[0049][0050]
式(1-4)中，表示第k个根源节点为第i个节点提供的电网碳排放。
[0051]
某一时间断面，对于电力网络中的第i个节点，具有条汇入支路，则该节点的电网碳排放贡献度向量可按下式计算
[0052][0053]
式(1-5)中，表示第i个节点的第j条汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量。
[0054]
进一步地，在电力网络中，除根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)外，某个节点的某条流出支路也是其对应邻接节点的某条汇入支路，也就是某个节点的电网碳排放贡献度向量取决于其各汇入支路分别对应的邻接节点的电网碳排放贡献度向量。
[0055]
进一步地，由于根源节点仅有流出支路，其电网碳排放贡献度向量仅由该根源节点上的机组提供，即根源节点的电网碳排放，因此根源节点电网碳排放贡献度向量仅包含该根源节点上机组提供的碳排放分量。
[0056]
进一步地，由于叶汇节点仅有汇入支路，其电网碳排放贡献度向量是所有汇入支路输出端电网碳排放贡献度向量之和。
[0057]
进一步地，对于可变节点电网碳排放贡献度向量，当可变节点对外输出电力时，其相当于根源节点，因此具有所述根源节点电网碳排放贡献度向量的特性；当可变节点对内输入电力时，其相当于叶汇节点，因此具有所述叶汇节点电网碳排放贡献度向量的特性。
[0058]
步骤s2：定义电力网络电碳追踪计算条件集和操作集
[0059]
具体地，对于条件集定义下列多个条件：
[0060]
1)当前层中某个节点的某条汇入支路对应的上游邻接节点的电网碳排
放贡献度向量为已知？
[0061]
2)当前层中某个节点的所有汇入支路逆流回溯完成？
[0062]
3)当前层中某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知？
[0063]
4)当前层中所有节点的所有汇入支路逆流回溯完成？
[0064]
5)当前层中某个节点的求解依赖节点已转变为等效根源节点？
[0065]
6)当前层中存在电力环流？
[0066]
7)电力网络中所有非根源节点全部转变为等效根源节点？
[0067]
具体地，对于操作集定义下列多个操作：
[0068]
1)对当前层中某个节点的某条汇入支路进行逆流回溯；
[0069]
2)顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；
[0070]
3)该条汇入支路对应的上游邻接节点作为该节点的求解依赖节点；
[0071]
4)依次检查该层中各个节点存在的所有求解依赖节点；
[0072]
5)则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；
[0073]
6)节点转变为等效根源节点，并按式(1-5)计算该节点的电网碳排放贡献度向量；
[0074]
7)根据电力环流电碳追踪计算方法求解环流上各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量；
[0075]
8)以上一层中生成的等效根源节点的所有下游邻接节点，和所有残留的存在求解依赖节点的节点共同作为下一层。
[0076]
进一步地，所述非根源节点是指电力网络中除根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)外的节点，包括输配节点、叶汇节点和可变节点中的等效叶汇节点。
[0077]
进一步地，所述电力环流是指电力网络中存在的各支路潮流方向一致且闭合的环状潮流。进一步地，电力环流判别方法是，若从电力网络中某个节点n1的汇入支路逆流回溯到其对应的邻接节点n2，再沿着该邻接节点n2的汇入支路逆流回溯到其对应的邻接节点n3，不断重复这个过程，最终回到起始节点n1，则存在电力环流；或者，若从电力网络中某个节点n1的流出支路顺流前推到其对应的邻接节点n2，再沿着该邻接节点n2的流出支路顺流前推到其对应的邻接节点n3，不断重复这个过程，最终回到起始节点n1，也可确定存在电力环流。进一步地，这些节点n1,n2,n3,
…
，称为该电力环流上的节点，这些节点之间的支路称为该电力环流上的支路。
[0078]
进一步地，所述电力环流电碳追踪计算方法包括下列步骤：
[0079]
步骤sz-1：根据所述电力环流判别方法，确定是否存在电力环流，若存在则进一步确定电力环流上的节点和支路；
[0080]
步骤sz-2：优先计算电力环流上各节点所有外部汇入支路对应邻接节点的电网碳排放贡献度向量；
[0081]
步骤sz-3：任意选取电力环流上某个节点的电网碳排放贡献度向量为待求量，并
将该电力环流上各节点对应的所有外部流出支路输入端电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量表示为该待求量的函数，接着根据电力环流电网碳排放平衡方程，即可求解该电力环流上待求节点的电网碳排放贡献度向量；
[0082]
步骤sz-4：以步骤sz-3中求解出的节点电网碳排放贡献度向量，按式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)和式(1-5)，依次计算该电力环流上其他节点和各支路损耗的电网碳排放贡献度向量；
[0083]
进一步地，电力环流上的节点的外部汇入支路是指该节点除电力环流上的汇入支路外的其他汇入支路。
[0084]
进一步地，所述电力环流电网碳排放平衡方程是指电力环流上各节点所有外部汇入支路输出端电网碳排放贡献度向量之和，应等于该环流上所有支路损耗电网碳排放贡献度向量与该环流上各节点所有外部流出支路输入端电网碳排放贡献度向量之和。具体地，对于一个具有m个节点，r条支路，条外部汇入支路，条外部流出支路则的电力环流，其电网碳排放平衡方程可表示为：
[0085][0086]
式(1-6)中，表示电力环流的第j条外部汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；表示电力环流上第j条支路的损耗电网碳排放贡献度向量；γ
jb
表示电力环流的第j条外部流出支路输入端的电网碳排放贡献度向量。
[0087]
步骤s3：使用电力网络精细化电碳追踪计算算法求解电力网络中各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量
[0088]
具体地，所述电力网络精细化电碳追踪计算算法，以电力网络中的各根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为算法入口，将其所有下游邻接节点作为第一层，并包括下列步骤：
[0089]
步骤sy-1：依次对当前层中各个节点的各条汇入支路进行逆流回溯，若某个节点的某条汇入支路对应的上游邻接节点的电网碳排放贡献度向量为已知，则顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量，否则，该条汇入支路对应的上游邻接节点作为该节点的求解依赖节点。若当前层中某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知，则该节点转变为等效根源节点；
[0090]
步骤sy-2：依次检查当前层中各个节点存在的所有求解依赖节点，若求解依赖节点已转变为等效根源节点，则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量。此时，若当前层中原本存在求解依赖节点的某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量已能够求解，则该节点转变为等效根源节点，对于仍然存在求解依赖节点的节点，则作为下一分层中的非根源节点；
[0091]
步骤sy-3：判断当前层中是否存在电力环流，若存在，则根据电力环流电碳追踪计算方法求解环流上各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量，并转入步骤sy-2。否则，转入步骤sy-4；
[0092]
步骤sy-4：以上一层中生成的等效根源节点的所有下游邻接节点，和所有残留的
存在求解依赖节点的节点共同作为下一层，若电力网络中所有非根源节点全部转变为等效根源节点，则算法结束。否则，转入步骤sy-1。
[0093]
进一步地，下游邻接节点是指某个节点的某条流出支路对应的邻接节点。类似地，上游邻接节点是指某个节点的某条汇入支路对应的邻接节点。
[0094]
进一步地，根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)由于仅有流出支路，因而只有下游邻接节点。叶汇节点(包括可变节点中的等效叶汇节点)由于仅有汇入支路，因而只有上游邻接节点。
[0095]
进一步地，所述电力网络精细化电碳追踪计算算法的详细流程如下所示：
[0096]
步骤sx1：以电力网络中的各根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为算法入口，将其所有下游邻接节点作为第一层；
[0097]
步骤sx2：执行操作判断条件若为真，则执行操作否则，执行操作
[0098]
步骤sx3：判断条件若为真，接着判断条件当为真时，执行操作当为假时，则转入步骤sx4。当为假时，则转入步骤sx2；
[0099]
步骤sx4：判断条件当为真时，执行操作当为假时，转入步骤sx2；
[0100]
步骤sx5：判断条件当为真时，执行操作当为假时，转入步骤sx6；
[0101]
步骤sx6：判断条件当为真时，执行操作当为假时，转入步骤sx7；
[0102]
步骤sx7：判断条件当为真时，执行操作接着转入执行操作并转入步骤sx5；当为假时，转入步骤sx9；
[0103]
步骤sx9：执行操作接着判断条件当为真时，则算法结束；当为假时，转入步骤sx2。
[0104]
具体地，在完成电力网络精细化电碳追踪计算后，即可进行电力网络电碳追踪结果生成，可直接生成三种电碳追踪矩阵：
[0105]
1)支路损耗电网碳排放贡献度矩阵，大小为b
×
(s+m)，该矩阵可由各支路损耗电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对各支路损耗对应电网碳排放的贡献度，可认为是损耗碳流追踪；
[0106]
2)支路输入端电网碳排放贡献度矩阵，大小为b
×
(s+m)，该矩阵可由各支路输入端电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对各支路输入端有功功率对应电网碳排放的贡献度；
[0107]
3)节点电网碳排放贡献度矩阵，大小为n
×
(s+m)，该矩阵可由各节点电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对汇入节点的有功功率之和对应电网碳排放的贡献度；
[0108]
进一步地，根据电力网络中各节点电网碳排放贡献度向量或矩阵、各支路损耗电网碳排放贡献度向量或矩阵以及各支路输入端电网碳排放贡献度向量或矩阵三个基本参
数，可进一步计算负荷消费电网碳排放贡献度向量或矩阵、节点电网碳排放因子等其他电碳追踪结果参数。
[0109]
进一步地，所述负荷消费电网碳排放贡献度矩阵，大小为(d+l)
×
(s+m)，该矩阵可由各叶汇节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对负荷消费电力对应电网碳排放的贡献度，即为一般意义上的碳流追踪。
[0110]
进一步地，所述节点电网碳排放因子是指某个节点上单位功率对应的碳排放。某一时间断面，若电力网络中的第i个节点，具有条汇入支路，则该节点的电网碳排放因子ci，可按下式计算：
[0111][0112]
式(1-7)中，表示第i个节点的电网碳排放贡献度向量的第k个分量；表示第i个节点的第j条汇入支路输出端的有功功率。
[0113]
进一步地，节点电网碳排放因子也可定义为某个节点上单位电能对应的碳排放。
[0114]
第二方面，本发明提供了一种实现所述基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法的装置，所述装置至少包括下列几种功能单元：
[0115]
1)电力网络电碳参数读取单元，用于读取电力网络拓扑关系、潮流分布和机组碳排放信息等基础数据；
[0116]
2)电力网络电碳图数据构建单元，根据所述电力网络电碳参数读取单元读取的基础数据，按所述电力网络电碳图数据构建方法生成电力网络图数据；
[0117]
3)电力网络电碳追踪计算单元，根据所述电力网络电碳图数据构建单元生成的图数据，使用所述电力网络精细化电碳追踪方法计算电力网络各节点电网碳排放贡献度向量、各支路输入端电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量等基本参数；
[0118]
4)电力网络电碳追踪结果生成单元，根据电力网络电碳追踪计算单元输出的基本参数，进一步计算更多关于电力网络电碳追踪结果的展示数据，比如负荷消费电网碳排放贡献度矩阵和节点电网碳排放因子等；
[0119]
5)电力网络电碳追踪结果展示单元，用于形象直观地展示电力网络某一时间断面或某个时间段内的电碳追踪结果。
[0120]
进一步地，所述装置至少应包含一个处理器，一个内存储器，一个通信接口、一个输入设备和一个输出设备，以及必要的操作系统和计算机程序。具体地，所述处理器用于执行如上所述的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法；所述内存储器用于存储电力网络电碳追踪方法等计算程序；所述通信接口用于以通信的方式从电力信息管理系统获取必要的基础数据，也可用于传输电力信息管理系统要求的数据；所述输入设备用于对所述装置进行输入操作，所述输出设备用于对电力网络电碳追踪结果进行展示，从而实现人机交互。
[0121]
本发明采用上述技术方案，具有下列有益效果：
[0122]
1)将电力网络电碳追踪问题转化为图搜索问题，对于电力网络各节点和支路的相关计算则简化为常规加法和乘法运算，避免了复杂矩阵构建和运算，对电力网络拓扑变化具有很好的鲁棒性；
[0123]
2)设计了适用于电力网络电碳追踪计算的图数据结构，特别是考虑了储能设备对电力网络碳排放分布的影响，能够实现电力网络精细化时空尺度电碳追踪；
[0124]
3)算法易于编程实现，能与电力网络拓扑识别、状态估计等技术深度结合，从而更好支撑“电碳一张图”等应用，具有良好的扩展性和实用性。
附图说明
[0125]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
[0126]
图1是根据本发明实施例的电力网络图数据中节点与支路的关系示意图；
[0127]
图2是根据本发明实施例的基于ieee-33节点系统的某个修正模型的电碳图数据可视化示意图；
[0128]
图3是根据本发明实施例的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪计算算法总体流程图；
[0129]
图4是根据本发明实施例的电力环流示意图；
[0130]
图5是根据本发明实施例的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪计算算法详细流程图；
[0131]
图6是根据本发明实施例的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪装置功能单元示意图；
[0132]
图7是根据本发明实施例的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪装置总体结构示意图。
具体实施方式
[0133]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0134]
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0135]
下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0136]
一般而言，电力网络包含“源-网-荷-储”四个要素。“源”是电力网络中只能生产电力，并对外输出电力的发电设备或单元，比如火电机组、水电机组、核电机组、风电场、光伏电站，等。电力网络中的碳排放就是在电力生产过程中发生，因此这些发电设备或单元就是电力网络中碳排放流的碳源；“荷”是电力网络中只能消费电力，并对内输入电力的用电设
备或单元。电力网络中的碳消费就主要发生在电力使用过程中，因此这些用电设备或单元就是电力网络中碳排放流的碳汇；“储”是电力网络中本身不能生产或消费电力，但既能对内输入电力，又能对外输出电力的存储设备或单元。从碳排放流的视角，储能设备在充放电过程中，也伴随着碳排放的存储和释放，因此储能设备或单元是电力网络中碳排放流的碳流调节器。比较而言，“网”是电力网络中传输或变换电力的输配设备或单元，主要是线路和变压器。电力网络中源侧产生的碳排放就是沿着这些输配设备或单元被传送到荷侧进行消费或储侧进行暂时存储，而且在电力传输或变换过程中均会产生一定的损耗，这些损耗的电力也对应一定的碳排放。综上所述，在某一时间断面，电力网络中各节点之间和各支路上的电力潮流对应一定的碳排放，这些碳排放流的方向与电力潮流方向相同。
[0137]
在电力网络电碳图数据构建时，以电力网络拓扑关系、潮流分布和机组碳排放信息为基础数据，并根据“源-网-荷-储”四个要素的不同作用和特性，分别将“源-荷-储”三个要素设计为根源节点、叶汇节点和可变节点，而且为了表征电力网络中的碳排放路径，引入输配节点。对于“网”要素，则设计为上述节点之间的路径，即支路。因此，电力网络可由这些节点和支路进行表示。进一步地，各节点和支路都具有一定地属性。对于节点，至少包括关系、电气和碳流三种基本属性。具体地，节点的关系属性用于描述该节点与其他节点的电气连接关系，一般可用邻接表或邻接矩阵进行表示；节点的电气属性用于描述该节点汇入支路输出端或流出支路输入端的电功率；节点的碳流属性则用于描述电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为某个节点分别提供的碳排放。对于支路，其位置依赖于所连接的节点，也具有电气和碳流基本属性。具体地，支路的电气属性用于描述支路输入端、输出端和支路损耗功率，而支路的碳流属性则用于描述支路输入端、输出端有功功率和支路有功损耗对应碳排放中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)分别提供的碳排放。实际上，支路的输入端和输出端功率，分别对应其起始节点相应流出支路的输入端电功率和终结节点相应汇入支路的输出端功率。如图1所示的电力网络中，存在ld1、ld2和ld3三个节点，ld1和ld2两个节点间存在一条支路b12，ld2和ld3两个节点之间存在另一条支路b23。在某一时间断面，支路b12上的有功潮流由节点ld1流向节点ld2，因此对于该支路起始节点应是ld1，而终结节点应是ld2。相应地，支路b12的输入端应在节点ld1处，其也是节点ld1的一条流出支路；同时，支路b12的输出端应在节点ld2处，其也是节点ld2的一条汇入支路；因此，一般而言，某条支路既是其起始节点的一条流出支路，同时也是其终结节点的一条汇入支路。节点和支路之间的这种关系，是所述电力网络精细化电碳追踪方法的现实基础。
[0138]
在定义了电力网络中各节点和支路的属性后，即可按照电力网络拓扑关系、潮流分布和机组碳排放信息等基础数据，构建电力网络图数据。所述电力网络图数据可以方便的进行图形可视化展示，这是采用图数据的优势之一。图2是基于ieee-33节点系统的某个修正模型的图数据可视化示意图。在图2中，包含6个光伏发电单元(pv)，4个风力发电单元(wt)和3个微电网(mg)。在每个微电网中，均包含1个光伏发电单元(pv)、1个风力发电单元(wt)、一个柴油发电机(dg)和一个电力储能单元(es)。这些光伏发电单元、风力发电单元和柴油发电机均作为根源节点，电力储能单元则作为可变节点，负荷(图中用空心正三角形表示)则作为叶汇节点，电力传输和分配过程中的电气连接点则作为输配节点。各节点直接的有向线段表示支路，箭头代表该支路有功潮流的流向。此外，图2所示的电力网络还包含一
个外部电网，其整体可等效为一个根源节点，即等效根源节点。在微电网mg1和mg2中，电力储能单元(es1和es2)处于充电状态，相当于负荷，即等效叶汇节点；同时，微电网mg3中的电力储能(es3)处于放电状态，相当于电源(或机组)，即等效根源节点。对于微电网，其整体可对外等效为一个节点，而且由于新能源出力的波动性，其对外可表现为负荷特性或电源特性，即等效为叶汇节点或根源节点。比如在一个以光伏发电为主的微电网中，中午时段光伏大发期间，其整体可对外提供电力；然而，在晚间光伏出力几乎为零，其整体对内输入电力。
[0139]
在电力网络精细化电碳追踪计算时，以电力网络中各根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为算法入口，其算法总体流程如图3所示：
[0140]
在步骤sy-1中，依次对当前层中各个节点的各条汇入支路进行逆流回溯。逆流回溯的目的是确定该节点的上游邻接节点的电网碳排放贡献度向量是否为已知，若是已知，则该节点的相应汇入支路输入端电网碳排放贡献度向量即可求解，然后可依次求解相应汇入支路损耗电网碳排放贡献度向量和支路损耗电网碳排放贡献度向量，这也就是顺流前推；若不是已知，则该节点的相应汇入支路输入端电网碳排放贡献度向量，以及相应汇入支路损耗电网碳排放贡献度向量和支路损耗电网碳排放贡献度向量均不可求解，则该节点的电网碳排放贡献度向量能否求解依赖于相应汇入支路对应的上游邻接节点。同时，只要确定当前层某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知，则该节点的电网碳排放贡献度向量可求解，并可作为下一层中相应节点的等效碳源，因此将这种节点转变为等效根源节点；
[0141]
在步骤sy-2中，在完成当前层中所有节点的所有汇入支路的逆流回溯和可能的顺流前推后，当前层中某些节点的求解依赖节点可能已转变为等效根源节点，因此有必要依次检查当前层中各个节点存在的所有求解依赖节点。若求解依赖节点已转变为等效根源节点，则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量。待当前层中各个节点的求解依赖节点均不是等效根源节点时，对于当前层中原本存在求解依赖节点的某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量已能够求解时，则该节点应转变为等效根源节点。同时，对于当前层中仍然存在具有求解依赖节点的节点，则作为下一分层中的非根源节点；
[0142]
在步骤sy-3中，应进一步判断当前层中是否存在电力环流。所述电力环流是指电力网络中存在的各支路潮流方向一致且闭合的环状电力潮流，如图4所示。在图4中，节点td1～td8组成逆时针环状潮流,这些节点称为该电力环流上的节点，这些节点之间的支路称为该电力环流上的支路。电力环流的存在为电力网络电碳追踪计算带来较大困难，因为电力环流上各节点之间相互依赖，比如要计算节点td1的电网碳排放贡献度向量，其依赖于节点td8，因为td8是节点td1的一条汇入支路对应的邻接节点，即上游邻接节点；而要求解节点td8的电网碳排放贡献度向量，其又依赖于节点td7，以此类推，会出现节点td1的电网碳排放贡献度向量依赖于自身的情况。因此，电力环流上各节点电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量应按所述电力环流电碳追踪计算方法进行求解，具体见步骤sz-2～sz-4：
[0143]
步骤sz-2：优先计算电力环流上各节点所有外部汇入支路对应邻接节点的电网碳排放贡献度向量；
[0144]
进一步地，步骤sz-2可确保电力环流上各节点外部汇入的电网碳排放为已知量。
至于电力网络中各节点流出支路输入端电网碳排放贡献度向量，则仅与该节点的电网碳排放贡献度向量有关。同样在图4中，节点td2的电网碳排放贡献度向量依赖外部汇入支路对应邻接节点td9，因此应优先计算节点td9的电网碳排放贡献度向量。对于节点td3，其所有流出支路输入端的电网碳排放贡献度向量仅与其电网碳排放贡献度向量有关，可按式(1-1)进行计算。
[0145]
步骤sz-3：任意选取电力环流上某个节点的电网碳排放贡献度向量为待求量，并将该电力环流上各节点对应的所有流出支路输入端电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量表示为该待求量的函数，接着根据电力环流电网碳排放平衡方程，即可求解该电力环流上待求节点的电网碳排放贡献度向量；
[0146]
进一步地，在步骤sz-3中，首先将电力环流上其他节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量表示为关于选定节点电网碳排放贡献度向量的形式，然后依次代入电力环流电网碳排放平衡方程，该方程就是关于选定节点电网碳排放贡献度向量的一元线性方程，易于求解。
[0147]
步骤sz-4：以步骤sz-3中求解出的节点电网碳排放贡献度向量，按式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)和式)1-5)，依次计算该电力环流上其他节点和各支路损耗的电网碳排放贡献度向量；
[0148]
综上所述，电力环流可等价为一个包含多个节点和多条支路的超级节点，而且由于所述电力网络精细化电碳追踪计算算法由电力网络根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为入口，由外而内，层层推进，总是可确保电力环流上节点的所有外部汇入支路对应邻接节点的电网碳排放贡献度向量最易于计算，因为这些邻接节点最靠近根源节点或等效根源节点。
[0149]
待电力环流求解后，电力环流上的节点将转变为等效根源节点，应再次检查当前层中各个节点存在的所有求解依赖节点，即应转入步骤sy-2；
[0150]
在步骤sy-4中，以上一层中生成的等效根源节点的所有下游邻接节点，和所有残留的存在求解依赖节点的节点共同作为下一层，若电力网络中所有非根源节点全部转变为等效根源节点，则算法结束。否则，转入步骤sy-1。
[0151]
为了进一步使所述电力网络精细化电碳追踪计算算法程序化，设计了所述条件集和所述操作集并给出了基于图数据的电力网络精细化电碳追踪计算算法详细流程图，如图5所示。在图5中，cond_a～cond_g分别表示cond_a～cond_h分别表示图5是图3的详细表示，二者完全等价。
[0152]
在电力网络电碳追踪结果生成时，可直接生成支路损耗电网碳排放贡献度矩阵、支路输入端电网碳排放贡献度矩阵和节点电网碳排放贡献度矩阵三种电碳追踪矩阵。基于这三种电碳追踪矩阵或其相关的单一向量，可进一步计算负荷消费电网碳排放贡献度向量或矩阵、节点电网碳排放因子等其他电碳追踪结果参数。进一步地，对于负荷消费电网碳排放贡献度向量或矩阵，实际上就是叶汇节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)的电网碳排放贡献度向量或矩阵。
[0153]
图6是一种实现所述基于图数据的电力网络精细化电碳追踪装置的功能单元示意图，所述装置至少包括下列几个功能单元：
[0154]
电力网络电碳参数读取单元1110，用于读取电力网络拓扑关系、潮流分布和机组
碳排放信息等基础数据；
[0155]
电力网络电碳图数据构建单元1120，根据所述电力网络电碳参数读取单元读取的基础数据，按所述电力网络电碳图数据构建方法生成电力网络图数据；
[0156]
电力网络电碳追踪计算单元1130，根据所述电力网络电碳图数据构建单元生成的图数据，使用所述电力网络精细化电碳追踪方法计算电力网络各节点电网碳排放贡献度向量、各支路输入端电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量等基本参数；
[0157]
电力网络电碳追踪结果生成单元1140，根据电力网络电碳追踪计算单元输出的基本参数，进一步计算更多关于电力网络电碳追踪结果的展示数据，比如负荷消费电网碳排放贡献度矩阵、节点电网碳排放因子等；
[0158]
电力网络电碳追踪结果展示单元1150，用于形象直观地展示电力网络某一时间断面或某个时间段内的电碳追踪结果。
[0159]
图7是基于图数据的电力网络精细化电碳追踪装置总体结构示意图，所述装置至少应包含一个处理器1210，一个内存储器1220，一个通信接口1230、一个输入设备1240和一个输出设备1250，以及必要的操作系统1260和计算机程序1270。具体地，所述处理器用于执行如上所述的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法；所述内存储器用于存储电力网络电碳追踪方法等计算程序；所述通信接口用于以通信的方式从电力管理信息系统获取必要的基础数据，也可用于传输电力管理信息系统要求的数据；所述输入设备用于对所述装置进行输入操作，所述输出设备用于对电力网络电碳追踪结果进行展示，从而实现人机交互。
[0160]
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制。比如，只定义支路损耗电网碳排放贡献度向量和节点电网碳排放贡献度向量两个基本参数；在基于图数据的电力网络精细化电碳追踪装置中增加一些额外功能单元；将根源节点、叶汇节点、可变节点和输配节点及其属性的概念范畴进行扩展，比如根源节点可用于整体表示微电网单元、具有源特性的区域电网单元；节点电网碳排放贡献度向量仅表示为实际为其提供电网碳排放的根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)；对于大规模电力网络，可按电压等级分块化实施所述电力网络精细化电碳追踪计算，等等。任何熟悉本发明所属领域的技术人员依然可以对本发明的具体实施方式做出修改或者等同替换，这些由本发明技术方案所引出的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法，其特征在于，所述方法至少包括电力网络电碳图数据构建、电力网络精细化电碳追踪计算和电力网络电碳追踪结果生成三个子方法，其中，所述电力网络电碳图数据构建子方法生成电力网络各节点和各支路的图数据表示；所述电力网络精细化电碳追踪计算子方法使用所述电力网络各节点和各支路的图数据，计算电力网络各节点和各支路的电网碳排放贡献度向量；所述电力网络电碳追踪结果生成子方法使用所述电力网络各节点和各支路的电网碳排放贡献度向量，生成电力网络电碳追踪结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力网络电碳图数据构建是通过预设基础数据生成电力网络的图数据表示，所述预设基础数据至少包括：电力网络拓扑关系、电力网络潮流分布和电力网络机组碳排放信息；进一步地，电力网络拓扑关系是指电力网络中各节点之间的电气连接关系和地理位置关系，其中，电气连接关系用于描述各节点之间的电力连接信息，地理位置关系用于描述各节点之间的地理位置信息；进一步地，电力网络潮流分布是指电力网络中各节点汇入支路/流出支路的功率以及各支路功率损耗，由系统潮流计算或状态估计获得；进一步地，电力网络机组碳排放信息包括各机组(包括处于放电状态的储能设备)输出电力对应的电网碳排放。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电力网络电碳图数据中，定义四种类型的节点：根源节点：只能生产电力，并对外输出电力，是电力网络中的碳源；叶汇节点：只能消费电力，并对内输入电力，是电力网络中的碳汇；可变节点：本身不能生产或消费电力，但既能对内输入电力，又能对外输出电力，是电力网络中的碳排放流调节节点；进一步地，当可变节点对外输出电力时，其作用相当于根源节点；当可变节点对内输入电力时，其作用相当于叶汇节点；输配节点：本身不能生产或消费电力，仅用于表示电力传输和分配过程中的电气连接点，是电力网络中的碳排放流中间节点；进一步地，所述四种类型的节点均包含关系、电气和碳流三种基本属性，具体定义如下：根源节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；电气属性：流出支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；叶汇节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；电气属性：汇入支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；可变节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；
电气属性：流出支路功率或汇入支路功率；进一步地，当可变节点对外输出电力时，其相当于根源节点，仅有流出支路功率；当可变节点对内输入电力时，其相当于叶汇节点，仅有汇入支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；输配节点的属性：关系属性：与该节点存在连接关系的其他节点id；电气属性：汇入支路功率和流出支路功率；碳流属性：节点电网碳排放贡献度向量；进一步地，在所述电力网络电碳图数据中，支路用于描述上述节点之间的电气连接关系，各节点之间的连接关系用邻接矩阵或邻接表的形式进行表示；支路包含电气和碳流属性：电气属性：支路输入端功率或支路输出端功率、支路损耗功率；碳流属性：支路输入端电网碳排放贡献度向量或支路输出端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电力网络精细化电碳追踪计算包括下列步骤：步骤s1：定义支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和节点电网碳排放贡献度向量三个基本参数；步骤s2：定义电力网络电碳追踪计算条件集和操作集步骤s3：基于条件集和操作集使用电力网络精细化电碳追踪计算算法求解电力网络中各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，预设时间断面，若电力网络中的第i个节点，具有条流出支路，则该节点的第j条流出支路输入端的电网碳排放贡献度向量所述支路输入端电网碳排放贡献度向量按式(1-1)进行计算：式(1-1)中，表示第i个节点的第j条流出支路输入端的有功功率；支路损耗电网碳排放贡献度向量是指电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为预设支路功率损耗折合碳排放分别提供的碳排放，所述支路损耗电网碳排放贡献度向量按式(1-2)进行计算：式(1-2)中，表示第i个节点的第j条流出支路对应的有功功率损耗，表示第i个节点的第j条流出支路损耗电网碳排放贡献度向量；进一步地，根据支路输入端电网碳排放贡献度向量和支路损耗电网碳排放贡献度向
量，推导出支路输出端电网碳排放贡献度向量，所述支路输出端电网碳排放贡献度向量是指该支路输出端有功功率潮流对应碳排放中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)分别提供的碳排放，所述支路输出端电网碳排放贡献度向量按式(1-3)进行计算：式(1-3)中，表示第i个节点的第j条流出支路输出端电网碳排放贡献度向量；进一步地，支路输入端电网碳排放贡献度向量、支路损耗电网碳排放贡献度向量和支路输出端电网碳排放贡献度向量三个参数中仅有两个是独立的，根据实际需要任意选取其中两个参数作为电力网络电碳追踪计算的基本参数；进一步地，节点电网碳排放贡献度向量是指电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)为某个节点分别提供的碳排放；预设时间断面，在一个具有n个节点，b条支路，s个电源，d个负荷和p个储能的电力网络中，其中，预设时刻处于输出电力的储能为m个，处于输入电力的储能为l个，m和l应满足m+l≤p，第i个节点的电网碳排放贡献度向量φ
i
按下式表示：式(1-4)中，表示第k个根源节点为第i个节点提供的电网碳排放；预设时间断面，对于电力网络中的第i个节点，具有条汇入支路，则该节点的电网碳排放贡献度向量按下式计算：式(1-5)中，表示第i个节点的第j条汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于条件集定义下列条件：当前层中某个节点的某条汇入支路对应的上游邻接节点的电网碳排放贡献度向量为已知？当前层中某个节点的所有汇入支路逆流回溯完成？当前层中某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知？当前层中所有节点的所有汇入支路逆流回溯完成？当前层中某个节点的求解依赖节点已转变为等效根源节点？当前层中存在电力环流？电力网络中所有非根源节点全部转变为等效根源节点？对于操作集定义下列操作：对当前层中某个节点的某条汇入支路进行逆流回溯；顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；该
条汇入支路对应的上游邻接节点作为该节点的求解依赖节点；依次检查该层中各个节点存在的所有求解依赖节点；则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；节点转变为等效根源节点，并按式(1-5)计算该节点的电网碳排放贡献度向量；根据电力环流电碳追踪计算方法求解环流上各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量；以上一层中生成的等效根源节点的所有下游邻接节点，和所有残留的存在求解依赖节点的节点共同作为下一层。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电力网络精细化电碳追踪计算算法，以电力网络中的各根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为算法入口，将其所有下游邻接节点作为第一层，并包括下列步骤：步骤sy-1：依次对当前层中各个节点的各条汇入支路进行逆流回溯，若某个节点的某条汇入支路对应的上游邻接节点的电网碳排放贡献度向量为已知，则顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量，否则，该条汇入支路对应的上游邻接节点作为该节点的求解依赖节点；若当前层中某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量均为已知，则该节点转变为等效根源节点；步骤sy-2：依次检查当前层中各个节点存在的所有求解依赖节点，若求解依赖节点已转变为等效根源节点，则沿着该求解依赖节点顺流前推以计算该汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；此时，若当前层中原本存在求解依赖节点的某个节点的所有汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量已能够求解，则该节点转变为等效根源节点，对于仍然存在求解依赖节点的节点，则作为下一分层中的非根源节点；步骤sy-3：判断当前层中是否存在电力环流，若存在，则根据电力环流电碳追踪计算方法求解环流上各节点和各支路损耗电网碳排放贡献度向量，并转入步骤sy-2；否则，转入步骤sy-4；步骤sy-4：以上一层中生成的等效根源节点的所有下游邻接节点，和所有残留的存在求解依赖节点的节点共同作为下一层，若电力网络中所有非根源节点全部转变为等效根源节点，则算法结束；否则，转入步骤sy-1；进一步地，下游邻接节点是指某个节点的某条流出支路对应的邻接节点；类似地，上游邻接节点是指某个节点的某条汇入支路对应的邻接节点；进一步地，根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)由于仅有流出支路，因而只有下游邻接节点；叶汇节点(包括可变节点中的等效叶汇节点)由于仅有汇入支路，因而只有上游邻接节点。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电力网络精细化电碳追踪计算算法的详细流程如下所示：步骤sx1：以电力网络中的各根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)为算法入口，将其所有下游邻接节点作为第一层；
步骤sx2：执行操作判断条件若为真，则执行操作否则，执行操作步骤sx3：判断条件若为真，接着判断条件当为真时，执行操作当为假时，则转入步骤sx4；当为假时，则转入步骤sx2；步骤sx4：判断条件当为真时，执行操作当为假时，转入步骤sx2；步骤sx5：判断条件当为真时，执行操作当为假时，转入步骤sx6；步骤sx6：判断条件当为真时，执行操作当为假时，转入步骤sx7；步骤sx7：判断条件当为真时，执行操作接着转入执行操作并转入步骤sx5；当为假时，转入步骤sx9；步骤sx9：执行操作接着判断条件当为真时，则算法结束；当为假时，转入步骤sx2。9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述电力环流电碳追踪计算方法包括下列步骤：步骤sz-1：根据电力环流判别方法，确定是否存在电力环流，若存在则进一步确定电力环流上的节点和支路；步骤sz-2：优先计算电力环流上各节点所有外部汇入支路对应邻接节点的电网碳排放贡献度向量；步骤sz-3：任意选取电力环流上某个节点的电网碳排放贡献度向量为待求量，并将该电力环流上各节点对应的所有外部流出支路输入端电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量表示为该待求量的函数，接着根据电力环流电网碳排放平衡方程，即求解该电力环流上待求节点的电网碳排放贡献度向量；步骤sz-4：以步骤sz-3中求解出的节点电网碳排放贡献度向量，按式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)和式(1-5)，依次计算该电力环流上其他节点和各支路损耗的电网碳排放贡献度向量；进一步地，电力环流上的节点的外部汇入支路是指该节点除电力环流上的汇入支路外的其他汇入支路；进一步地，所述电力环流电网碳排放平衡方程是指电力环流上各节点所有外部汇入支路输出端电网碳排放贡献度向量之和，应等于该环流上所有支路损耗电网碳排放贡献度向量与该环流上各节点所有外部流出支路输入端电网碳排放贡献度向量之和；具体地，对于一个具有m个节点，r条支路，条外部汇入支路，条外部流出支路则的电力环流，其电网碳排放平衡方程可表示为：
式(1-6)中，表示电力环流的第j条外部汇入支路输出端的电网碳排放贡献度向量；表示电力环流上第j条支路的损耗电网碳排放贡献度向量；γ
jb
表示电力环流的第j条外部流出支路输入端的电网碳排放贡献度向量。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述非根源节点是指电力网络中除根源节点(包括可变节点中的等效根源节点)外的节点，包括输配节点、叶汇节点和可变节点中的等效叶汇节点；所述电力环流是指电力网络中存在的各支路潮流方向一致且闭合的环状潮流；进一步地，电力环流判别方法是，若从电力网络中某个节点n1的汇入支路逆流回溯到其对应的邻接节点n2，再沿着该邻接节点n2的汇入支路逆流回溯到其对应的邻接节点n3，不断重复这个过程，最终回到起始节点n1，则存在电力环流；或者，若从电力网络中某个节点n1的流出支路顺流前推到其对应的邻接节点n2，再沿着该邻接节点n2的流出支路顺流前推到其对应的邻接节点n3，不断重复这个过程，最终回到起始节点n1，也可确定存在电力环流；进一步地，这些节点n1,n2,n3,
…
，称为该电力环流上的节点，这些节点之间的支路称为该电力环流上的支路。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力网络电碳追踪结果直接生成三种电碳追踪矩阵：支路损耗电网碳排放贡献度矩阵，大小为b
×
(s+m)，该矩阵由各支路损耗电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对各支路损耗对应电网碳排放的贡献度，认为是损耗碳流追踪；支路输入端电网碳排放贡献度矩阵，大小为b
×
(s+m)，该矩阵由各支路输入端电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对各支路输入端有功功率对应电网碳排放的贡献度；节点电网碳排放贡献度矩阵，大小为n
×
(s+m)，该矩阵可由各节点电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了电力网络中各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对汇入节点的有功功率之和对应电网碳排放的贡献度；进一步地，根据电力网络中各节点电网碳排放贡献度向量或矩阵、各支路损耗电网碳排放贡献度向量或矩阵以及各支路输入端电网碳排放贡献度向量或矩阵三个基本参数，进一步计算负荷消费电网碳排放贡献度向量或矩阵、节点电网碳排放因子及其他电碳追踪结果参数；进一步地，所述负荷消费电网碳排放贡献度矩阵，大小为(d+l)
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(s+m)，该矩阵可由各叶汇节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)电网碳排放贡献度向量组合而成，并描述了各个根源节点(包括可变节点中属于根源节点的节点)对负荷消费电力对应电网碳排放的贡献度，即为一般意义上的碳流追踪；进一步地，所述节点电网碳排放因子是指某个节点上单位功率对应的碳排放；某一时间断面，若电力网络中的第i个节点，具有条汇入支路，则该节点的电网碳排放因子c
i
，可
按下式计算式(1-7)中，表示第i个节点的电网碳排放贡献度向量的第k个分量；表示第i个节点的第j条汇入支路输出端的有功功率；进一步地，节点电网碳排放因子也可定义为某个节点上单位电能对应的碳排放。12.一种实现所述基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法的装置，其特征在于，所述装置至少包括下列几种功能单元：电力网络电碳参数读取单元，用于读取电力网络拓扑关系、电力网络潮流分布和电力网络机组碳排放信息及其它基础数据；电力网络电碳图数据构建单元，根据所述电力网络电碳参数读取单元读取的基础数据，按所述电力网络电碳图数据构建方法生成电力网络图数据；电力网络电碳追踪计算单元，根据所述电力网络电碳图数据构建单元生成的图数据，使用所述电力网络精细化电碳追踪方法计算预设基本参数，所述预设基本参数包括：电力网络各节点电网碳排放贡献度向量、各支路输入端电网碳排放贡献度向量和各支路损耗电网碳排放贡献度向量；电力网络电碳追踪结果生成单元，根据电力网络电碳追踪计算单元输出的基本参数，进一步计算更多关于电力网络电碳追踪结果的展示数据；电力网络电碳追踪结果展示单元，用于形象直观地展示电力网络某一时间断面或某个时间段内的电碳追踪结果；进一步地，所述装置至少应包含一个处理器，一个内存储器，一个通信接口、一个输入设备和一个输出设备，以及必要的操作系统和计算机程序；具体地，所述处理器用于执行如上所述的基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法；所述内存储器用于存储电力网络电碳追踪方法的计算程序；所述通信接口用于以通信的方式从电力信息管理系统获取必要的基础数据，也可用于传输电力信息管理系统要求的数据；所述输入设备用于对所述装置进行输入操作，所述输出设备用于对电力网络电碳追踪结果进行展示，从而实现人机交互。

技术总结
本发明公开了一种基于图数据的电力网络精细化电碳追踪方法及装置。在该方法中，通过电力网络电碳图数据构建、电力网络精细化电碳追踪计算和电力网络电碳追踪结果生成三个子方法，可将电力网络电碳追踪问题转化为图搜索问题，避免了复杂矩阵构建和运算，同时考虑了储能设备对电力网络碳排放分布的影响，能够实现电力网络精细化时空尺度电碳追踪，并能与电力网络拓扑识别、状态估计等技术深度结合，具有良好的鲁棒性、扩展性和实用性。扩展性和实用性。扩展性和实用性。


技术研发人员：李杰 周飞 王轶申 刘思言 柴博 赵保华
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/7