一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统

摘要

本发明涉及一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统，属于电力系统低碳技术领域，该方法包括：确定电力系统碳排放流的基本指标；根据电力网络中的潮流分布、各发电厂的注入功率以及网络的拓扑结构数据，生成相应的初始数据；利用得到的初始数据计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率；从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率。该碳表系统由分散设置在全网各处用于计量碳排放的碳表、中央服务器以及连接各碳表及中央服务器的通讯线路所组成；该碳表分为发电侧碳表、输电网碳表和配电网碳表所组成的网络侧碳表，以及用户侧碳表。本发明实现对电力系统不同主体碳排放量的实时连续计量。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统低碳技术领域，特别涉及一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统。

技术背景

能源危机及全球气候变化等问题引起了人们日益广泛的关注。减少化石燃料的过度消耗、实现低碳发展成为各国各行业的共同目标。电力行业作为重要的能源供应部分，也是消耗化石燃料的主要行业，由此造成了大量的碳排放。由于我国电源结构以燃煤火电为主，这一现象在我国尤其显著。据统计，近些年我国电力行业所排放的二氧化碳占据全国化石燃料燃烧造成碳排放的一半左右。研究低碳电力技术、减少电力系统的碳排放，对我国节能减排目标的顺利实现、促进全社会的可持续发展具有重要意义。

碳排放量的计量与分摊是诸多低碳电力技术的基础，只有明确了各参与主体的碳排放量，才能激发起参与系统减排的热情，并促进碳减排政策的实行。以往的碳排放量计量方法大多是从宏观数据出发，基于化石能源的消耗量等数据统计计算直接碳排放量，是基于生产侧的计量方法。现有的宏观统计法将全部的碳排放归结于发电厂层面，无法反映电力系统的网络化特征，忽视了碳排放从“源头”到“出口”的流动与分布规律。而且，无法实现对碳排放的实时计量，也不能直观的显示用户用电所造成的碳排放。因此，不利于电力用户响应实时碳排放，通过采取低碳用电措施降低碳排放。

碳排放流的提出将电力系统的特点与低碳发展的理念相结合，建立了一种从负荷视角分摊电力系统碳排放责任的模型，即根据各用户的用电情况及潮流追踪的结果将发电过程中产生的碳排放分摊给各用户。碳排放流的模型将电能的利益享有主体与其碳排放进行了挂钩，使得碳减排责任的分摊更加公平，同时有助于消除碳泄漏现象，激发用户侧参与电力系统减少碳排放的积极性。

电力系统碳排放流是依附于电力潮流存在且随系统有功潮流定向移动的耦合碳排放，是电力系统中一类虚拟的网络流。电力系统碳排放流计算的基本指标有碳流量、碳流率、碳流密度、节点碳势等。电力系统碳排放流的计算基于等比例共享原则，即流入节点的各条支路潮流的贡献率按照该支路的潮流所占的比例进行分配。碳排放流计算基于矩阵方式计算，并借助高等电力网络分析的计算方法。具体包括：1)形成电力系统碳排放流计算的相关矩阵，包括支路潮流分布矩阵、机组拓扑分布矩阵、负荷拓扑分布矩阵、机组注入分布矩阵、负荷分布矩阵、网损分布矩阵、节点有功通量矩阵、机组碳势向量；2)根据所形成的矩阵，计算电力系统中各节点的碳势，形成节点碳势向量；3)在此基础上，计算支路的碳流率分布矩阵、负荷碳流率向量以及网损碳流率分布矩阵等。借助于碳排放流理论及其计算方法，可以实现对电力系统各环节碳排放及用户侧电力消费对应的碳排放责任进行实时计量。

此外，可以借助数据采集、处理与显示系统，可以将实时碳排放的计算结果直观的展示给电力用户，实现快速的需求侧响应。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出了一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统。本发明可用于对电力系统碳排放量的实时连续计量，并将结果直观的显示给电力用户，实现对电力系统碳排放量的精确统计，同时为电力用户的碳排放责任分摊提供依据。

本发明提出的一种电力系统碳排放实时计量的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)确定电力系统碳排放流的基本指标；

电力系统碳排放流的基本指标包括节点碳势、碳流率、碳流量以及支路碳流密度，各指标的具体定义分别为：

1-1)节点碳势：节点处产生或传输单位电能所造成的发电侧碳排放量，单位是kgCO₂/kWh；节点碳势需要通过电力系统碳排放流计算方法获得；

1-2)碳流率：碳流率的定义为单位时间内流经某个节点或支路的碳排放流，单位是kg CO2/s或t CO2/s；碳流率包括节点碳流率、支路碳流率和网损碳流率，碳流率通过电力系统碳排放流计算方法获得；

1-3)碳流量：碳流量是描述碳流的基本物理量，以表征系统中碳流的大小；其定义为给定时间内与潮流相对应的碳排放的累积量，单位是kg>2或t>2；

1-4)支路碳流密度：表示支路传输的单位电量所对应的碳排放量；

1-5)机组碳势：表示发电机发出单位电能所产生的碳排放量，单位是kg>2/kWh；对于火电机组，机组碳势根据火电厂的实时煤耗数据及运行状态得到(而水电、风电、光伏等其他类型的电厂不产生碳排放，因此机组碳势为零)；

2)根据电力网络中的潮流分布、各发电厂的注入功率以及网络的拓扑结构数据，生成相应的初始数据，初始数据包括：支路潮流分布矩阵、机组注入分布矩阵、节点有功通量矩阵和机组碳势向量；

2-1)支路潮流分布矩阵：

支路潮流分布矩阵P_B描述电力系统中的有功潮流分布，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；

电力系统中，若节点i与节点j，i,j＝1,2,…,N，间有支路相连，且经此支路流入节点i的正向有功潮流为p，则P_Bij＝0，P_Bji＝p，P_Bij表示支路潮流分布矩阵P_B第i行第j列的元素，P_Bji表示支路潮流分布矩阵P_B第j行第i列的元素；若流经该支路的有功潮流p为反向潮流，则P_Bij＝p，P_Bji＝0；其他情况下P_Bij＝P_Bji＝0；对所有对角元素，有P_Bii＝0，i＝1,2,…,N；

2-2)机组注入分布矩阵

机组注入分布矩阵P_G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，同时也是描述系统中发电机组产生碳排放流的边界条件；机组注入分布矩阵中的元素P_Gkj(矩阵第k行第j列的元素)具体定义如下：

若第k(k＝1,2,…,K)台发电机组接入节点j，且从该机组注入节点j的有功潮流为p，则P_Gkj＝p，否则P_Gkj＝0；

2-3)节点有功通量矩阵

在碳排放流的计算中，节点碳势只受注入潮流的影响，从节点流出的潮流对节点碳势不产生影响；因此，碳排放流的额计算只关注考虑潮流方向下流入节点有功潮流的绝对量，称之为节点有功通量P_N；节点有功通量矩阵的元素P_Nii(矩阵第i行对角元素)具体定义如下：

对节点i，令I⁺表示有潮流流入节点i的支路集合，p_Bs为支路s的有功功率，则有：

$>P_{Nii}=\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{p}_{Bs}+P_{Gi}---\left(1\right)$>

式中：P_Gi为接入节点i机组的有功出力(若该节点无发电机组或机组出力为0，则P_Gi＝0)；该矩阵中所有非对角元素P_Nij＝0(i≠j)；

2-4)发电厂碳势向量

不同发电厂具有不同的碳势，在碳流计算中为已知条件，组成系统的发电机组碳势向量E_G；设第k(k＝1,2,…,K)台发电厂的碳势为e_Gk，则发电厂碳势向量如式(2所示)：

E_G＝[e_G1,e_G2,…,e_GK]^T>

3)利用步骤2)得到的初始数据计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率；具体步骤如下：

3-1)计算节点碳势，如式(3)所示：

$>e_{Ni}=\frac{\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{P}_{Bs}·{\rho }_s+P_{Gi}·e_{Gi}}{\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{P}_{Bs}+P_{Gi}}---\left(3\right)$>

式中，I⁺表示向节点i注入功率的线路集合，P_Bs表示线路s的有功功率，P_Gi接入节点i的发电厂的注入有功功率；ρ_s表示线路s的碳流密度，与线路注入节点的碳势相等；e_Gi表示接入节点i的发电厂的碳势；

将式(3)写成矩阵形式，即得到系统中各节点的碳势如式(4)所示：

$>E_N={(P_N-P_B^T)}^{-1}·P_G^T·E_G---\left(4\right)$>

3-2)计算网络中的支路碳流率分布以及负荷碳流率；

支路碳流率如式(5)所示：

R_BL＝P_BL·e_N>

式中，R_BL为支路碳流率；P_BL为支路的有功潮流；e_N为支路首端节点的碳势；

负荷碳流率如式(6)所示：

R_BD＝P_BD·e_N(6)

式中，R_BD为负荷碳流率；P_BL为负荷的有功功率；e_N为负荷所在节点的碳势；

4)根据步骤3)的计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率的结果，就得到了整个电力网络中的碳流分布；所述结果可以厘清电网全环节的碳排放责任，得到电力用户的电力消费所对应的碳排放量。

本发明还提出一种实现上述电力系统碳排放实时计量方法的的碳表系统，其特征在于，所述碳表系统由分散设置在全网各处用于计量碳排放的碳表、中央服务器以及连接各碳表及中央服务器的通讯线路所组成；所述中央服务器作为计算中心负责网络碳排放流的计算，并与现有的电表系统通信获取网络的功率和潮流情况；所述碳表，根据其在电力系统中的不同位置分布，将其划分为发电侧碳表、由输电网碳表和配电网碳表所组成的网络侧碳表、以及用户侧碳表三类，分别安装在发电厂、电网各节点以及电力用户侧，用于采集碳排放流计算所需的数据信息，并通过所述通讯线路与中央服务器通讯传输所采集的信息，并显示中央服务器反馈的计算结果，图中实线表示电力线路，带箭头的虚线表示通信线路及通信方向。

本发明的特点及有益效果：

本发明借助现有的电力系统碳排放流理论及计算方法，将其应用于实际碳表系统，实现对电力系统的碳排放量的实时计量。本发明依托于电力系统碳排放流理论及其计算方法，并将其具体应用到所设计的碳表系统中，实现对电力系统中不同主体的碳排放量的实时连续计量。

通过本发明提出的碳排放实时计量方法及其碳表系统，可以清晰的计量电力系统中每个环节的碳排放，直观地向电力用户展示自身消费所造成的碳排放量，可用于指导用户开展低碳节能用电措施。

附图说明

图1为本发明提出的碳表系统的结构示意图。

图2为本发明实施例的日内各小时实时碳排放量示意图。

图3为本发明实施例中节点1的碳表计量结果示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种电力系统碳排放实时计量的方法及碳表系统，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出的一种电力系统碳排放实时计量的方法，该方法具体包括以下步骤：

1)确定电力系统碳排放流的基本指标；

电力系统碳排放流的基本指标包括节点碳势、碳流率、碳流量以及支路碳流密度，各指标的具体定义分别为：

1-1)节点碳势：节点处产生或传输单位电能所造成的发电侧碳排放量，单位是kgCO₂/kWh；节点碳势需要通过电力系统碳排放流计算方法获得；

1-2)碳流率：碳流率的定义为单位时间内流经某个节点或支路的碳排放流，单位是kg CO2/s或t CO2/s；碳流率包括节点碳流率、支路碳流率和网损碳流率，碳流率通过电力系统碳排放流计算方法获得；

1-3)碳流量：碳流量是描述碳流的基本物理量，以表征系统中碳流的大小；其定义为给定时间内与潮流相对应的碳排放的累积量，单位是kg>2或t>2；

1-4)支路碳流密度：表示支路传输的单位电量所对应的碳排放量；

1-5)机组碳势：表示发电机发出单位电能所产生的碳排放量，单位是kg>2/kWh；对于火电机组，机组碳势根据火电厂的实时煤耗数据及运行状态得到(而水电、风电、光伏等其他类型的电厂不产生碳排放，因此机组碳势为零)；

2)根据电力网络中的潮流分布、各发电厂的注入功率以及网络的拓扑结构数据，生成相应的初始数据，初始数据包括：支路潮流分布矩阵、机组注入分布矩阵、节点有功通量矩阵和机组碳势向量；

2-1)支路潮流分布矩阵：

支路潮流分布矩阵P_B描述电力系统中的有功潮流分布，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；

电力系统中，若节点i与节点j(i,j＝1,2,…,N)间有支路相连，且经此支路流入节点i的正向有功潮流为p，则P_Bij＝0，P_Bji＝p(P_Bij表示支路潮流分布矩阵P_B第i行第j列的元素，P_Bji表示支路潮流分布矩阵P_B第j行第i列的元素)；若流经该支路的有功潮流p为反向潮流，则P_Bij＝p，P_Bji＝0；其他情况下P_Bij＝P_Bji＝0；对所有对角元素，有P_Bii＝0(i＝1,2,…,N)；

2-2)机组注入分布矩阵

机组注入分布矩阵P_G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，同时也是描述系统中发电机组产生碳排放流的边界条件；机组注入分布矩阵中的元素P_Gkj(矩阵第k行第j列的元素)具体定义如下：

若第k(k＝1,2,…,K)台发电机组接入节点j，且从该机组注入节点j的有功潮流为p，则P_Gkj＝p，否则P_Bji＝0；

2-3)节点有功通量矩阵

在碳排放流的计算中，节点碳势只受注入潮流的影响，从节点流出的潮流对节点碳势不产生影响；因此，碳排放流的额计算只关注考虑潮流方向下流入节点有功潮流的绝对量，称之为节点有功通量P_N；节点有功通量矩阵的元素P_Nii(矩阵第i行对角元素)具体定义如下：

对节点i，令I⁺表示有潮流流入节点i的支路集合，p_Bs为支路s的有功功率，则有：

$>P_{Nii}=\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{p}_{Bs}+P_{Gi}---\left(1\right)$>

式中：P_Gi为接入节点i机组的有功出力(若该节点无发电机组或机组出力为0，则P_Gi＝0)；该矩阵中所有非对角元素P_Nij＝0(i≠j)；

2-4)发电厂碳势向量

不同发电厂具有不同的碳势，在碳流计算中为已知条件，组成系统的发电机组碳势向量E_G；设第k(k＝1,2,…,K)台发电厂的碳势为e_Gk，则发电厂碳势向量如式(2所示)：

E_G＝[e_G1,e_G2,…,e_GK]^T(2)

3)利用步骤2)得到的初始数据计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率；具体步骤如下：

3-1)计算节点碳势，如式(3)所示：

$>e_{Ni}=\frac{\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{P}_{Bs}·{\rho }_s+P_{Gi}·e_{Gi}}{\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{P}_{Bs}+P_{Gi}}---\left(3\right)$>

式中，I⁺表示向节点i注入功率的线路集合，P_Bs表示线路s的有功功率，P_Gi接入节点i的发电厂的注入有功功率；ρ_s表示线路s的碳流密度，与线路注入节点的碳势相等；e_Gi表示接入节点i的发电厂的碳势；

将式(3)写成矩阵形式，即得到系统中各节点的碳势如式(4)所示：

$>E_N={(P_N-P_B^T)}^{-1}·P_G^T·E_G---\left(4\right)$>

3-2)计算网络中的支路碳流率分布以及负荷碳流率；

支路碳流率如式(5)所示：

R_BL＝P_BL·e_N(5)

式中，R_BL为支路碳流率；P_BL为支路的有功潮流；e_N为支路首端节点的碳势；

负荷碳流率如式(6)所示：

R_BD＝P_BD·e_N>

式中，R_BD为负荷碳流率；P_BL为负荷的有功功率；e_N为负荷所在节点的碳势；

4)根据步骤3)的计算电网中的碳排放流，从而得到各节点的碳势、支路碳流率以及对应的负荷碳流率的结果，就得到了整个电力网络中的碳流分布；所述结果可以厘清电网全环节的碳排放责任，得到电力用户的电力消费所对应的碳排放量。

本发明上述方法可通过常规编程技术实现。

本发明提出的一种实现上述电力系统碳排放实时计量方法的碳表系统，其结构如图1所示。所述碳表系统由分散设置在全网需要计量碳排放的各处的碳表、中央服务器以及连接各碳表及中央服务器的通讯线路所组成；所述中央服务器作为计算中心负责网络碳排放流的计算，并与现有的电表系统通信获取网络的功率和潮流情况；所述碳表，根据其在电力系统中的不同位置分布，将其划分为发电侧碳表、输电网碳表和配电网碳表所组成的网络侧碳表，以及用户侧碳表三类，分别安装在发电厂、电网各节点以及电力用户侧，用于采集碳排放流计算所需的数据信息，并通过所述通讯线路与中央服务器通讯传输所采集的信息，并显示中央服务器反馈的计算结果，图中实线表示电力线路，带箭头的虚线表示通信线路及通信方向。

所述碳表系统，由不同类型的碳表及中央服务器构成一个分层结构的系统，共分为上层系统、中层系统和下层系统三层结构；上层系统包括中央服务器、发电侧碳表和输电网碳表，发电侧碳表通过本发明提出的电力系统碳排放实时计量的方法根据发电厂的实时煤耗数据以及所用煤炭的排放系数计算发电厂的碳排放强度，然后计算输电网中碳排放流的分布；根据输电网碳表的数据，计算与节点相连的线路或者变压器的损耗所对应的实时碳排放量；中层系统由配电网碳表构成，配电网碳表通过与所连接的输电网碳表通讯获得根节点的碳势及根节点的注入功率信息，计算得到配电网的碳排放流的分布；下层系统包括用户侧碳表，用户侧碳表通过与配电网碳表通信，获得用户所在节点的碳势，并得到各用户的电力消费所造成的碳排放量。

本发明所提出的碳表系统，各部分功能具体说明如下：

所述中央服务器通过应用本发明提出的电力系统碳排放实时计量的方法，并通过与碳表之间的通讯、数据采集以及显示的功能，实现对电力系统碳排放的实时计量和显示。所述碳表的基本计量及显示指标包括节点碳势、实时碳流率和累积碳排放量；对于用户侧碳表还需要显示用户的用电功率、累积用电量等用电数据，用电数据通过与中央服务器通讯获取。除了以上基本指标外，不同类型的碳表还要具备相应的不同功能。具体包括：

1)发电侧碳表安装在发电厂的出口，用于测量发电厂的机组碳势及计量发电厂的实时碳排放量，并与中央服务器通讯传输相关的信息。

对于火电厂，发电侧碳表需要根据发电厂的实时煤耗数据以及所用煤炭的排放系数计算发电厂的碳排放强度，其计算公式如式(7)所示：

$>e_G=7·r·\frac{{\mathrm{EF}}_M}{q}---\left(7\right)$>

式中，e_G为发电厂G的碳势，单位是kg>2/kWh；r为火电厂的供电煤耗，EF_M为火电厂所用煤炭的碳排放系数，单位为kg>2/kg；q为火电厂所用煤炭的燃烧热值，单位为kcal/kg；

对于水电厂、核电厂以及风电、光伏等新能源电厂，通常在发电时不产生碳排放，因此其碳排放强度等于0。

此外，发电侧碳表还要根据发电厂的碳排放强度以及发电厂的注入功率计算发电厂的实时碳排放量和累积碳排放量，计算公式分别如式(8)和式(9)所示：

E_Gt＝P_Gt·Δt·e_Gt>

$>E_G=\underset{t\in T}{\Sigma }{P}_{Gt}·\Delta t·e_{Gt}---\left(9\right)$>

式(8)和式(9)中，E_Gt为发电厂G在t时段的实时碳排放量，E_G为发电厂G的累积碳排放量，单位为kg>2；P_Gt为发电厂G在t时段对应的有功功率输出；e_Gt为发电厂G在时段t对应的机组碳势，取值可由发电侧碳表通过式(7)计算得到；Δt为时段t的持续时间。2)网络侧碳表安装在电网的各个节点处，根据网络电压等级的不同，分为输电网碳表和配电网碳表。网络侧碳表的主要功能是通过与中央服务器通信或与相邻的节点通信从而计算碳表所在节点的碳势以及计量各节点流过的碳流率。

此外，根据网络侧碳表的数据，计算与节点相连的线路或者变压器的损耗所对应的实时碳排放量，如式(10)所示：

E_Nt＝(P_1t-P_2t)·Δt·e_Nt(10)

与节点相连的线路或者变压器的损耗所对应的碳排放的累积量，如式(11)所示：

$>E_N=\underset{t\in T}{\Sigma }(P_{1t}-P_{2t})·\Delta t·e_{Nt}---\left(11\right)$>

式(10)和式(11)中，E_Nt表示线路或者变压器的损耗所对应的实时碳排放量；E_N表示线路或者变压器的损耗所对应的碳排放的累积量；P_1t表示线路首端节点或变压器原边在t时段对应的有功功率，P_2t表示线路末端节点或变压器副边在t时段对应的有功功率；e_Nt为线路首端节点或变压器所在节点的碳势。

3)用户侧碳表安装在电力用户终端，除了必备的通讯及数据采集功能外，还根据网络碳排放流的计算结果，计量电力用户电量消费所造成的碳排放量并将其直观显示。电力用户的电力消费所造成的实时碳排放量如式(12)所示：

E_Ct＝P_Ct·Δt·e_Ct(12)

电力用户的电力消费所造成的碳排放的累积量如式(13)所示：

$>E_C=\underset{t\in T}{\Sigma }{P}_{Ct}·\Delta t·e_{Ct}---\left(13\right)$>

式(12)和式(13)中，E_Ct表示电力用户的电力消费所造成的实时碳排放量；E_C表示电力用户的电力消费所造成的碳排放的累积量；P_Ct表示电力用户在t时段的负荷有功功率；e_Ct为电力用户所在节点的碳势；

对于用户侧存在分布式电源的，用户侧碳表还计量分布式电源所产生的碳排放量，其计算原理与发电侧碳表相同，将分布式电源视作一个发电厂，通过式(9)计算得到分布式电源的累计碳排放量；将分布式电源的碳排放量与式(13)所得到的电力用户的碳排放量结果求和，即得到分布式电源实际的用户侧碳排放量。

(本发明各类碳表可采用传统电量计量表，在表内预先嵌入本发明的计量程序，也可采用其它计量仪表增加实现上述功能的程序)

本发明所提出的碳表系统的具体工作流程阐述如下：

1)上层系统包括中央服务器，发电侧碳表和输电网碳表，用于计算电力网络中碳排放流的分布，计算方法采用本发明提出的电力系统碳排放实时计量的方法。

1.1)各发电侧碳表通过采集数据计算对应电厂的碳势和碳排放量，计算公式如式(7)、(8)、(9)所示；并将电厂的碳势数据传输到中央服务器，中央服务器利用发电侧碳表传输的电厂碳势数据以及自身获取的网络潮流分布数据，利用本发明提出的电力系统碳排放实时计量的方法计算输电网的碳排放流分布。

1.2)中央服务器与发电侧碳表和输电网碳表进行通信，将网络中各节点的碳势、节点碳流率以及有功功率等结果对应传输给各发电侧碳表和输电网碳表。输电网将中央服务器传输的所在节点的碳势、节点碳流率以及有功功率等结果实时直观地展示出来。

2)中层系统由配电网碳表构成；配电网碳表通过与所连接的输电网碳表通讯获得根节点(即配电网中与输电网相连的节点)的碳势及根节点的注入功率等信息，并根据这些信息计算配电网的碳排放流分布。

由于配电网是辐射状网络，因此配电网中节点碳势的计算相对简单，由根节点出发沿着网络的辐射方向依次计算配电网中各节点的碳势，最后可得到各终端负荷所在节点的碳势。

配电网碳势的计算公式如式(14)所示：

$>e_{Ni}=\frac{\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{P}_{Bs}·{\rho }_s+P_{Ri}·e_{Ri}}{\underset{s\in I^{+}}{\Sigma }{P}_{Bs}+P_{Ri}}---\left(14\right)$>

式中，e_Ni表示配电网中节点i的碳势；P_Ri接入输电网向节点i注入的有功功率，若节点i不是根节点，则P_Ri＝0；；e_Ri表示与节点i相连的根节点的碳势。

配电网的碳排放流分布计算出来以后，就可获得用户侧电力消费的实时碳排放量数据，这部分功能由下层系统实现。

3)下层系统为用户侧碳表，用户侧碳表通过与配电网碳表通信，获得用户所在节点的碳势。并计算各用户的电力消费所造成的碳排放量，计算公式如式(12)和式(13)所示。

经过以上步骤，就可以得到整个网络中各节点的碳势、碳流率，各发电厂的实时碳排放量、累积碳排放量，以及各电力用户所在节点的碳势、电能消费所造成的实时碳排放量、累积碳排放量。

将本发明所提出的一种电力系统碳排放实时计量的方法及其碳表系统应用于IEEE 24节点系统的实施例，进行碳排放量的计量及验证本发明的有效性。

本发明实施例所应用的系统共有发电厂12个，各电厂的装机容量及其碳排放强度如表1所示。

表1 电厂基本参数

负荷所在节点及其功率如表2所示：

表2 负荷节点及其功率

所在节点功率(MW)所在节点功率(MW)所在节点功率(MW)1108712515317297817116100318091751833347410195191815711326520128613614194

根据本发明所提出的碳排放实时计量方法以及碳表系统，首先可以得到电力系统中由于网损和电力用户消费所造成的日内各小时的实时碳排放量如图2所示。图2的横坐标为时间，单位为小时；纵坐标为碳排放量，单位为吨。图中，用户碳排放表示由于用户电力消费所造成的发电侧的碳排放量，而网损碳排放则表示网损所造成的发电侧的碳排放量，该图表示的这两种碳排放量的实时变化情况。并以节点1处的碳表为例，图3给出了碳表计量并显示的日内各小时实时碳排放量、累积碳排放量以及节点碳势的变化情况。图3的横坐标为时间，单位为小时；主纵坐标为节点碳势，单位为kg>2/kWh，副纵坐标为碳排放量，单位为吨。图中，条形图分别表示实时碳排放量和累积碳排放量，曲线表示节点1的碳势随时间的变化情况。