含光伏不確定性的電力系統(tǒng)碳排放流分析

張自強(qiáng),申富泰,魏 軍,劉 寧

(甘肅省電力公司,蘭州 730050)

0 引言

在“碳中和、碳達(dá)峰”的目標(biāo)下,我國正以低碳創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-2],以太陽能、風(fēng)能等為主的新能源發(fā)電在電網(wǎng)中所占的比例持續(xù)增加,但是將新能源接入電網(wǎng)時(shí),會(huì)對電網(wǎng)的碳排放分布產(chǎn)生一定影響,因此,加強(qiáng)新能源接入電網(wǎng)的碳排放分析對發(fā)展低碳電力技術(shù)具有重要意義[3]。

電力系統(tǒng)碳排放的計(jì)算工作是發(fā)展低碳電力的基礎(chǔ)[4]。目前,電力系統(tǒng)的碳排放計(jì)算主要包括宏觀統(tǒng)計(jì)法[5-7]與碳排放流分析法[8]。宏觀統(tǒng)計(jì)法根據(jù)一段時(shí)間的能源消耗總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),具有計(jì)算簡便、結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn),但該方法的不足主要表現(xiàn)為計(jì)算過程需要大量區(qū)域碳排放數(shù)據(jù),且無法精準(zhǔn)描述中間環(huán)節(jié)的碳排放變化過程。碳排放流分析法是一種以電力潮流分布為基礎(chǔ)的碳流追蹤方法[9],表示為一種依附于電力系統(tǒng)潮流而存在的虛擬網(wǎng)絡(luò)流,用于表征系統(tǒng)潮流定向移動(dòng)而產(chǎn)生的碳排放。文獻(xiàn)[10]提出將碳排放流概念應(yīng)用到電力系統(tǒng)中,建立碳流率、碳流密度與碳勢指標(biāo),并應(yīng)用到電力系統(tǒng)碳排放流分析中。文獻(xiàn)[11]提出潮流分布矩陣、碳流率分布矩陣、碳勢與碳排放強(qiáng)度向量等指標(biāo),用于分析電力系統(tǒng)碳排放流分布特征。文獻(xiàn)[12]定義碳排放流分布因子指標(biāo)與發(fā)電機(jī)組關(guān)聯(lián)矩陣,明確碳排放流在電力系統(tǒng)的分布特性與關(guān)聯(lián)機(jī)理。文獻(xiàn)[13]考慮到傳輸過程中線路損耗對碳排放計(jì)算的影響,提出使用機(jī)組注入碳流率、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)碳流率與網(wǎng)損碳流率等指標(biāo)來建立碳排放流計(jì)算方法。上述研究初步建立電力系統(tǒng)碳排放流模型,通過基本的碳流指標(biāo),可清晰地展示碳流在電力系統(tǒng)的流向,彌補(bǔ)了宏觀統(tǒng)計(jì)法計(jì)量結(jié)果滯后與粗放的缺點(diǎn)。

為分析新能源接入對電力系統(tǒng)碳流分布的影響,后續(xù)研究針對具體對象將碳排放流指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)。文獻(xiàn)[14]提出荷碳率指標(biāo)表示儲(chǔ)能設(shè)備吸收的碳排放量與存儲(chǔ)電量的比值,建立含光伏與風(fēng)電的能源樞紐碳流模型。文獻(xiàn)[15]定義發(fā)電機(jī)組碳排放強(qiáng)度、端口碳排放強(qiáng)度、分支碳排放強(qiáng)度與節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度指標(biāo),對傳統(tǒng)的碳排放強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化,建立水電機(jī)組接入的電力網(wǎng)絡(luò)下的綜合能源系統(tǒng)碳排放流模型。文獻(xiàn)[16]引入碳熵指標(biāo)描述碳排在能量傳遞過程中的無序化,建立包含風(fēng)電、燃煤機(jī)組與CHP設(shè)備的綜合能源系統(tǒng)的碳熵模型,用于簡化包含新能源的電力系統(tǒng)下用戶碳流計(jì)算問題。上述研究將電力系統(tǒng)的風(fēng)電與光伏的低碳屬性用值為0的碳排放強(qiáng)度指標(biāo)表示,該指標(biāo)僅反映了清潔能源的物理碳排放值,而無法體現(xiàn)其節(jié)碳作用的貢獻(xiàn)。因此,需要對原有碳流指標(biāo)加以改進(jìn),以定量評(píng)估清潔能源對節(jié)能減排做出的貢獻(xiàn)。

從碳排放流分析法出發(fā),考慮到光伏出力不確定性的影響,研究光伏電場集中式與分布式接入電力系統(tǒng)的碳排放流問題。首先,建立光照強(qiáng)度與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率的函數(shù)表達(dá)式,使用節(jié)點(diǎn)碳勢與支路碳流率分析系統(tǒng)碳排放流的變化;其次,計(jì)算路徑輸出分布因子矩陣,取得系統(tǒng)碳排放流路徑信息與各節(jié)點(diǎn)碳排放流分布特性;最后,將光伏出力不確定性轉(zhuǎn)移到平衡機(jī)組出力變化,計(jì)算光伏電場集中式與分布式接入的節(jié)點(diǎn)與支路碳流率影響因子,進(jìn)而定量分析光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的碳減排效果。

1 電力系統(tǒng)碳排放流相關(guān)指標(biāo)

碳排放流分析法的基本指標(biāo)包括節(jié)點(diǎn)碳勢與支路碳流率,分別表示碳排放流在電力系統(tǒng)各支路的具體流向與各節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度,不足以描述光伏接入對電力系統(tǒng)碳排放流分布產(chǎn)生的具體影響。因此,在基本指標(biāo)基礎(chǔ)上提出總碳流率與碳流率影響因子指標(biāo)。

1.1 支路碳流率

碳流率表示單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)或支路的碳排放量E,單位t(CO2)/h,碳流率R可表示為:

(1)

支路碳流率表示單位時(shí)間內(nèi)流過支路的碳排放量。而在實(shí)際計(jì)算過程中,由于碳排放量一般是未知的,因此計(jì)算方法參考支路碳流密度等于該支路起始節(jié)點(diǎn)碳勢性質(zhì)[4],支路號(hào)為s的碳流率Rs表示如下:

Rs=PBsρs=PBseN0

(2)

式中:PBs為支路s的有功功率;ρs為支路s的支路碳流密度;eN0表示支路s的起始節(jié)點(diǎn)碳勢。

1.2 節(jié)點(diǎn)碳勢

節(jié)點(diǎn)碳勢用于表示該節(jié)點(diǎn)消耗單位電量等效在發(fā)電機(jī)組釋放的碳排放量[11],單位kg(CO2)/(kW·h),節(jié)點(diǎn)i的碳勢eNi表示如下:

(3)

式中:N+為有功潮流流入節(jié)點(diǎn)i的所有支路的集合;s為支路號(hào);PGi為節(jié)點(diǎn)i連接的發(fā)電機(jī)組有功功率;eGi為節(jié)點(diǎn)i連接的發(fā)電機(jī)組碳排放強(qiáng)度。

1.3 系統(tǒng)總碳流率

系統(tǒng)總碳流率表示電力系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)碳流率總和,即所有機(jī)組注入網(wǎng)絡(luò)的總碳流率,單位 t(CO2)/h,可表示為:

(4)

式中:n為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù);Rall為電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)碳流率總和;Ri為節(jié)點(diǎn)i的碳流率;PGi為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)組輸入有功功率;eGi為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)組碳排放強(qiáng)度。

1.4 碳流率影響因子

影響因子可分為節(jié)點(diǎn)與支路碳流率影響因子。節(jié)點(diǎn)碳流率影響因子表示各機(jī)組對某節(jié)點(diǎn)碳流率的貢獻(xiàn),該因子受發(fā)電機(jī)組碳排放流注入量和接入系統(tǒng)位置的影響。支路碳流率影響因子表示某臺(tái)發(fā)電機(jī)組的碳流注入系統(tǒng)的所有支路碳流率的貢獻(xiàn)情況。使用平衡機(jī)組的碳流率影響因子等價(jià)于光伏機(jī)組對電力系統(tǒng)降碳貢獻(xiàn),影響因子越低,表示光伏機(jī)組對節(jié)點(diǎn)或支路的低碳貢獻(xiàn)越高。

2 含光伏電力系統(tǒng)碳排放流分析

由于碳流分析注重碳排放流的總排放量與系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)分布量,因此針對含光伏的電力系統(tǒng)碳排放流的分析將圍繞上述2個(gè)方面展開,建立系統(tǒng)總碳流率與碳流率影響因子指標(biāo)描述光伏發(fā)電對系統(tǒng)的影響。

2.1 含光伏的電力系統(tǒng)總碳流率計(jì)算

考慮到光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的隨機(jī)性與波動(dòng)性源于光照強(qiáng)度的不確定性,為此先建立光照強(qiáng)度與電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率之間的函數(shù)表達(dá)式:

Rall=f(r)

(5)

式中:f(r)為光照強(qiáng)度與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率的函數(shù)表達(dá)式。

光伏電站由多個(gè)光伏陣列組成,且光照強(qiáng)度是導(dǎo)致光伏陣列出力變化的主要影響因素,暫不考慮其他影響因素。若暫不考慮光伏發(fā)電功率損失,可認(rèn)為光伏發(fā)電注入系統(tǒng)的有功出力即為光伏電場中所有光伏陣列的有功功率之和,光伏電場輸出功率表達(dá)式為[17]:

PW=PMN=rAηN[1-0.005(t0+25)]

(6)

式中:r為光照強(qiáng)度;A為光伏陣列面積;η為光電轉(zhuǎn)換效率;N為光伏陣列數(shù)量;t0為大氣溫度。

電力系統(tǒng)碳排放流與光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功出力相關(guān),而受無功出力影響微小。此處假設(shè)只考慮光伏電場的有功出力,忽略光伏電場注入無功功率。通過對電力系統(tǒng)進(jìn)行直流潮流計(jì)算,得到連接常規(guī)發(fā)電機(jī)組的節(jié)點(diǎn)注入有功功率:

Pi=PGi-PLi

(7)

式中:Pi為節(jié)點(diǎn)i的注入有功功率;PGi為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)組輸入有功功率;PLi為節(jié)點(diǎn)i的有功負(fù)荷。

基于式(6)和式(7)的研究,光伏發(fā)電系統(tǒng)連接到節(jié)點(diǎn)j注入的有功功率為:

Pj=PW-PLj=

rAηN[1-0.005(t0+25)]-PLj

(8)

式中:Pj為節(jié)點(diǎn)j的注入有功功率;PLj為節(jié)點(diǎn)j的有功負(fù)荷。

在直流潮流計(jì)算中,忽略無功功率與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗,平衡節(jié)點(diǎn)s出力等于其他所有節(jié)點(diǎn)出力之和的逆值:

(9)

式中:PGs為平衡節(jié)點(diǎn)s的發(fā)電機(jī)組注入有功功率。

電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)總碳流率等于平衡機(jī)組與其余發(fā)電機(jī)組一定時(shí)間內(nèi)碳排放強(qiáng)度與有功功率乘積之和,即:

(10)

式中:PGk為節(jié)點(diǎn)k的發(fā)電機(jī)組輸入有功功率;eGs和eGk為平衡機(jī)組和其余機(jī)組的碳排放強(qiáng)度。

聯(lián)立上述所有等式,得到關(guān)于光照強(qiáng)度與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率的函數(shù)表達(dá)式:

rAηN[1-0.005(t0+25)]-PLj)+

(11)

由式(11)可知,節(jié)點(diǎn)總碳流率與光伏電站的輸出功率、各節(jié)點(diǎn)注入有功功率與常規(guī)發(fā)電機(jī)組碳排放強(qiáng)度相關(guān)。

2.2 含光伏的碳流率影響因子計(jì)算

含光伏的碳流率影響因子計(jì)算過程主要包括建立影響因子表達(dá)式與通過有向通路算法計(jì)算路徑輸出分布因子矩陣2個(gè)方面。

2.2.1有向通路算法

為計(jì)算碳流率影響因子,需先找出電力系統(tǒng)任意2節(jié)點(diǎn)間的所有有向通路,目前已有不少關(guān)于這方面的算法[18-19],由于有向通路算法不受有向圖的并行邊限制,是一種易于實(shí)現(xiàn)、實(shí)用性很強(qiáng)的算法。因此基于文獻(xiàn)[20]有向通路算法完成計(jì)算,其基本原理如下:

設(shè)有向通圖G=(V,E),|V|=n:

(12)

n階方陣R=[rij]表示了有向圖中每條邊的終點(diǎn),稱其為鄰接終點(diǎn)矩陣。

作頂點(diǎn)集V的v-1個(gè)子集Vi(i=1,2,…,v-1)序列,使得V?V1?V2?…?Vn-1,每個(gè)子集的元數(shù)為|V|=v-i(i=1,2,…,v-1)。對于每個(gè)子集Vi,對應(yīng)的有一個(gè)矩陣R(i)=[r(i)ik],它由R(i-1)(R(0)=R)遞推而得:如果Vi-1-Vi={vx},則第i次去掉的節(jié)點(diǎn)為vx,則

(13)

式中:“*”表示元素的毗連,用來表示頂點(diǎn)的序列,它滿足結(jié)合律,但不滿足交換律;“+”表示條件“或”,它滿足結(jié)合律、交換律及2種運(yùn)算間的分配律。

0 +vi*…*vim=vi1*…*vim+ 0=

vi1*…*vim

(14)

0*vi1*…*vim=vi1*…*vim0=0

(15)

式中:在項(xiàng)vi1*… *vim中,若其中任一頂點(diǎn)重復(fù)出現(xiàn),則該項(xiàng)為0。

從矩陣R(i)可得:若r(i)ik≠0,且j≠k,則r(i)ik表示從頂點(diǎn)vi到vk的全部有向通路。

2.2.2基于有向通路算法的碳流率影響因子計(jì)算

1) 節(jié)點(diǎn)與支路碳流率影響因子計(jì)算

在隨機(jī)直流潮流計(jì)算中,假設(shè)光伏機(jī)組有功出力的波動(dòng)由平衡機(jī)組承擔(dān),即:

ΔPW=ΔPGs

(16)

平衡機(jī)組目的是用于平衡部分未知的功率損耗,承擔(dān)由功率損耗引起的功率波動(dòng)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率平衡。此處,將光伏機(jī)組有功出力的改變對系統(tǒng)碳流率的影響等效為平衡機(jī)組碳流率的變化,光伏機(jī)組注入有功功率對系統(tǒng)碳流率的改變,也可由平衡機(jī)組出力變化對系統(tǒng)各部分的影響代替。

由文獻(xiàn)[12]可知機(jī)組-節(jié)點(diǎn)碳流率關(guān)聯(lián)矩陣RU-N與機(jī)組-支路碳流率關(guān)聯(lián)矩陣RU-B的計(jì)算模型,進(jìn)一步得到平衡機(jī)組-節(jié)點(diǎn)碳流率關(guān)聯(lián)向量RUs-N為:

(17)

設(shè)JUs-N為平衡機(jī)組-節(jié)點(diǎn)碳流率影響因子向量,即:

(18)

平衡機(jī)組-支路碳流率關(guān)聯(lián)矩陣RUs-B的計(jì)算過程如下:

(19)

則平衡機(jī)組-支路碳流率影響因子關(guān)聯(lián)向量JUs-B為:

(20)

由以上分析可知,平衡機(jī)組的碳排放強(qiáng)度、電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與電力系統(tǒng)運(yùn)行的潮流分布等因素共同決定光伏機(jī)組對系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與支路的碳流率影響因子。

2) 路徑輸出因子矩陣計(jì)算

路徑輸出分布因子是計(jì)算碳流率影響因子的關(guān)鍵矩陣[12],由于碳排放流路徑輸出分布因子與有功潮流路徑輸出分布因子相等,通過有向通路算法計(jì)算有功潮流的路徑輸出分布因子矩陣,計(jì)算過程如下:

路徑輸出分布因子矩陣D,表示在路徑i-j之間從起始節(jié)點(diǎn)i流出的有功潮流對流入目標(biāo)節(jié)點(diǎn)j的全部有功潮流的占比[12]。由上述定義可知,矩陣中的對角元素值等于1,即:

Dij=1,i=j

(21)

對于矩陣的非對角元素計(jì)算,首先定義一個(gè)輔助矩陣,即支路輸入分布因子矩陣G,用于描述在支路i-j之間的有功潮流與流入起始節(jié)點(diǎn)i的有功潮潮流總量的比值,則:

(22)

式中:H、I、PN、PB分別為節(jié)點(diǎn)輸出分布因子矩陣、單位矩陣、節(jié)點(diǎn)有功通量矩陣與支路潮流分布矩陣[5]。

計(jì)算節(jié)點(diǎn)i-j之間的路徑輸出分子因子Dij,設(shè)G(x) (i,j)是對G進(jìn)行變換后的N-x維子方陣,(i,j)為節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),x=1,2…,N-1,共有N-1個(gè)子方陣。

首選對G(x) (i,j)的元素進(jìn)行變換得到G(x) (i,j)′。當(dāng)x

(23)

式中:r和s分別為矩陣的行號(hào)和列號(hào)。

當(dāng)x=N-2時(shí),矩陣G(N-2) (i,j)為二維方陣。此時(shí),可以根據(jù)下式得到Dij的值:

(24)

對此,矩陣D的元素表達(dá)式為:

(25)

3 算例分析

選取IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行算例分析,在不計(jì)網(wǎng)損的情況下,系統(tǒng)潮流分析使用直流潮流法計(jì)算,單位均為MW,未接入光伏時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)有功潮流分布如圖1所示。選取甘肅某地實(shí)測全年光照強(qiáng)度,設(shè)置額定容量為20 MW的光伏電場,光伏電場參數(shù)設(shè)置如表1所示。將光伏電場以集中式與分布式接入IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng),分布式接入節(jié)點(diǎn)的光伏電場容量均為5 MW,設(shè)置8種不同光伏電場接入場景如表2所示。

表1 光伏電場參數(shù)設(shè)置

表2 光伏電場接入場景

圖1 IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流分布

設(shè)置系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組碳排放強(qiáng)度單位為kg(CO2)/(kW·h),G1為燃煤機(jī)組,G2和G4為燃?xì)鈾C(jī)組,G3和G5為水電機(jī)組(水電不屬于新能源機(jī)組,將該機(jī)組出力設(shè)為定值,其不影響光伏接入系統(tǒng)的碳排放分布)。機(jī)組碳排放強(qiáng)度EG如下所示:

(26)

3.1 支路碳流率與節(jié)點(diǎn)碳勢

光伏電場集中式與分布式接入電力系統(tǒng)的各支路碳流率分別如圖2和圖3所示。其中,因?yàn)椴糠种分薪?jīng)過逆向潮流,導(dǎo)致支路碳流率為負(fù)值。場景7的支路碳流率總值在8種場景中最低,為220.68 t(CO2)/h,相比場景1降低27.29%,可使系統(tǒng)保持更低的碳流率分布狀態(tài),即單位時(shí)間系統(tǒng)各支路碳排放總量更低。

圖2 集中式接入的系統(tǒng)各支路碳流率

圖3 分布式接入的系統(tǒng)各支路碳流率

光伏電場集中式與分布式接入電力系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)碳勢分別如圖4和圖5所示。由圖4可知,光伏接入節(jié)點(diǎn)2、3、4的碳勢與場景1相比明顯降低,其余節(jié)點(diǎn)由于未接入光伏電場降幅不明顯,表明集中式接入具有直接改變接入節(jié)點(diǎn)碳勢的能力。由圖5可知,光伏分布式接入節(jié)點(diǎn)的碳勢降幅不如集中式明顯,但都低于場景1的碳勢值。由場景6的節(jié)點(diǎn)11、13與場景7的節(jié)點(diǎn)7、9可知,分布式接入會(huì)使接入節(jié)點(diǎn)的周邊節(jié)點(diǎn)碳勢降低。對比可知場景6在8種場景中節(jié)點(diǎn)碳勢總值最低,為6.415 t(CO2)/(MW·h),相比場景1降低20.80%。

圖4 集中式接入的系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)碳勢

圖5 分布式接入的系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)碳勢

3.2 系統(tǒng)總碳流率與碳流率影響因子

甘肅某地全年月平均光照強(qiáng)度與35°傾角下的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率分別如圖6和圖7所示。

圖6 全年月平均光照強(qiáng)度

圖7 35°傾角下系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率

由圖6可知,光伏組件不同傾角導(dǎo)致所接受的光照強(qiáng)度不同,在35°傾角下光照強(qiáng)度平均值最高。光照強(qiáng)度的波動(dòng)影響光伏機(jī)組出力,間接使得系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率也具有波動(dòng)性。由圖7可得到驗(yàn)證,在4—8月光照強(qiáng)度較高時(shí),系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率在全年中保持較低水平。

晴天與陰天的光照強(qiáng)度和系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率如圖8所示。考慮到氣候因素對光伏發(fā)電出力不確定性的影響,選取甘肅某地時(shí)間為7∶00—20∶00的晴天與陰天光照強(qiáng)度,計(jì)算其一天內(nèi)的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率。由圖8可知,晴天光照強(qiáng)度高,光伏機(jī)組出力多,系統(tǒng)消納更多的光伏出力,因此電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率隨之減少,同理陰天與之相反,結(jié)果驗(yàn)證了式(11)的合理性。

圖8 晴天陰天光照強(qiáng)度和總碳流率

由圖9可知,因平衡機(jī)組G1并無潮流流向節(jié)點(diǎn)8,因此無論光伏集中接入還是分布接入,其對節(jié)點(diǎn)8的碳排放流的貢獻(xiàn)為0。光伏集中式接入下節(jié)點(diǎn)4的碳流率影響因子絕對值為0.243 4,與分布式相比降低最為明顯,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)4注入的光伏有功出力消納部分有功負(fù)荷,該節(jié)點(diǎn)從系統(tǒng)中吸收的有功功率降低,即機(jī)組G1發(fā)出的有功功率流入該節(jié)點(diǎn)的含量降低,最終導(dǎo)致機(jī)組G1節(jié)點(diǎn)4的碳流率影響因子降低。同理由于分布式光伏接入容量較小,導(dǎo)致接入節(jié)點(diǎn)5、7、10、14的影響因子相比集中式降幅不明顯。

圖9 光伏接入的節(jié)點(diǎn)碳流率影響因子

以場景4與場景8的接入方式與接入位置為例,由式(20)計(jì)算光伏電場對于系統(tǒng)各支路的碳流率影響因子,支路碳流率影響因子如圖10所示。

圖10 光伏接入的支路碳流率影響因子

由圖10可知,光伏集中式接入節(jié)點(diǎn)4的支路4-3與2-4碳流率影響因子相比分布式降低,但支路4-3的降幅更大。由式(20)可知,支路4-3的碳流率影響因子由平衡機(jī)組碳排放強(qiáng)度eGs、路徑輸出分布因子D14與節(jié)點(diǎn)輸出分布因子H43計(jì)算得到,eGs為恒定值暫不考慮,因此光伏機(jī)組接入節(jié)點(diǎn)4,節(jié)點(diǎn)1流向節(jié)點(diǎn)4的各條路徑中的有功潮流減小,同時(shí)由于系統(tǒng)有功潮流分布因素,流過支路 4-3的有功潮流更小,最終使得支路4-3的碳流率影響因子降幅更大。通過三維直方圖可以更加直觀分析光伏電場集中式與分布式接入對系統(tǒng)支路碳流率的具體影響。

4 結(jié)論

1) 提出考慮光照強(qiáng)度不確定性的電力系統(tǒng)碳排放流分布分析方法,得到光照強(qiáng)度與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總碳流率的函數(shù)表達(dá)式,將確定碳排放流分析延伸到不確定分析環(huán)境。

2) 通過節(jié)點(diǎn)碳勢與支路碳流率分析光伏接入系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與支路碳排放流分布變化,建立8種不同光伏接入場景,對比無光伏接入場景,分布式接入場景6的碳勢總值、場景7的支路碳流率總值分別降低20.80%與27.29%。

3) 通過有向通路算法計(jì)算光伏注入功率影響系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)與支路碳流率影響因子,進(jìn)一步考慮不同接入方式時(shí)光伏注入功率對系統(tǒng)碳排放流分布特征的影響。