一种电气设备的碳排放量评估方法及系统

技术领域

本发明涉及碳测量技术领域，并且更具体地，涉及一种电气设备的碳排放量评估方法及系统。

背景技术

电网中实际的碳排放来源于发电厂的化石燃料燃烧，但在碳排放流的视角下可将碳排放量视作随着电力潮流在电力系统节点中流动以便于研究和管理。近年来随着配电系统中分布式光伏与电动汽车充电桩等分布式资源的快速发展和新型电力设备的大量运用，电网被注入大量谐波和直流能量，而其中大部分会转化为热损耗，这些新特点带来的影响是能耗、熵增与碳排。然而，目前电气设备能效的研究尚未完善，难以对新型电气设备的碳排放做量化评价，更缺乏对电气设备的碳排放进行量测的装置。

发明内容

本发明提出一种电气设备的碳排放量评估方法及系统，以解决如何评估电气设备的碳排放量的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电气设备的碳排放量评估方法，所述方法包括：

获取电气设备输出的电压信号和电流信号，并基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号；

对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号；

进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数；

根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，以基于所述电碳信息熵评估所述电气设备的碳排放量。

优选地，其中所述方法在基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号之前，还包括：

对获取的电压信号和电流信号进行相位调节，以使得所述电流信号和电压信号的相位一致；

对经过相位调节的电压信号和电流信号进行模数转换，以获取数字量的电压信号和电流信号。

优选地，其中所述对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号，包括：

基于快速傅里叶变换FFT的频谱分析法将所述输出功率信号解构为基频分量、谐波分量和直流分量，将直流分量记为0次谐波，基频分量记为1次谐波，则输出功率信号P被分解为谐波分量(p

优选地，其中所述进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数，包括：

获取不同发电方式的发电侧排放因子；

基于不同发电方式的发电侧排放因子和电力系统潮流计算模型，根据碳排放流计算方法计算电气设备所在节点k的节点碳势，包括：

其中，e

以基频分量为正，其他频率分量为负，确定电气设备的电碳转换系数C为：

C＝(c(0)，c(1)，…，c(n))＝(-e

优选地，其中所述根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，包括：

E(P)＝-∑

其中，E(P)为输出功率信号P的电碳信息熵；c(x)为信号分解后谐波次数为x的谐波分量p(x)对应的电碳转换系数，n为最大的谐波次数；b为预设底数；电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电气设备的碳排放量评估系统，所述系统包括：

功率信号获取模块，用于获取电气设备输出的电压信号和电流信号，并基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号；

信号分解模块，用于对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号；

电碳转换系数计算模块，用于进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数；

电碳信息熵计算模块，用于根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，以基于所述电碳信息熵评估所述电气设备的碳排放量。

优选地，其中所述系统还包括：

相位调节模块，用于对获取的电压信号和电流信号进行相位调节，以使得所述电流信号和电压信号的相位一致；

模数转换模块，用于对经过相位调节的电压信号和电流信号进行模数转换，以获取数字量的电压信号和电流信号。

优选地，其中所述信号分解模块，对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号，包括：基于快速傅里叶变换FFT的频谱分析法将所述输出功率信号解构为基频分量、谐波分量和直流分量，将直流分量记为0次谐波，基频分量记为1次谐波，则输出功率信号P被分解为谐波分量(p

优选地，其中所述电碳转换系数计算模块，进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数，包括：

获取不同发电方式的发电侧排放因子；

基于不同发电方式的发电侧排放因子和电力系统潮流计算模型，根据碳排放流计算方法计算电气设备所在节点k的节点碳势，包括：

其中，e

以基频分量为正，其他频率分量为负，确定电气设备的电碳转换系数C为：

C＝(c(0)，c(1)，…，c(n))＝(-e

优选地，其中所述电碳信息熵计算模块，根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，包括：

E(P)＝-∑

其中，E(P)为输出功率信号P的电碳信息熵；c(x)为信号分解后谐波次数为x的谐波分量p(x)对应的电碳转换系数，n为最大的谐波次数；b为预设底数；电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小。

本发明提供了一种电气设备的碳排放量评估方法及系统，包括：获取电气设备输出的电压信号和电流信号，并基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号；对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号；进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数；根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，以基于所述电碳信息熵评估所述电气设备的碳排放量。本发明可应用于逆变器、整流器、固态变压器、能源路由器等电能变换设备的碳排放量化，将电碳信息熵作为衡量电气设备碳排放的量化指标，反映电能质量和碳排放情况，电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小，可用于实现电气设备及电力系统碳排放的科学量测与评价。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的电气设备的碳排放量评估方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的电气设备的确定电碳信息熵的流程图；

图3为根据本发明实施方式的电气设备的碳排放量评估系统300的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的电气设备的碳排放量评估方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的电气设备的碳排放量评估方法，可应用于逆变器、整流器、固态变压器、能源路由器等电能变换设备的碳排放量化，将电碳信息熵作为衡量电气设备碳排放的量化指标，反映电能质量和碳排放情况，电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小，可用于实现电气设备及电力系统碳排放的科学量测与评价。本发明实施方式提供的电气设备的碳排放量评估方法100，从步骤101处开始，在步骤101获取电气设备输出的电压信号和电流信号，并基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号。

优选地，其中所述方法在基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号之前，还包括：

对获取的电压信号和电流信号进行相位调节，以使得所述电流信号和电压信号的相位一致；

对经过相位调节的电压信号和电流信号进行模数转换，以获取数字量的电压信号和电流信号。

结合图2所示，在本发明的实施方式中，依次通过电压检测、电流检测、模数转换和信号计量，获取功率信号。

具体地，首先，对电气设备输出的电压信号进行电压检测，并进行电位调节，以采集电气设备的输出电压并将其相位调节至与电流一致，随后进行模数转换处理。对于电气设备输出的电流信号，进行电流检测，并进行电位调节，以采集电气设备的输出电流并将其相位调节至与电压一致，随后进行模数转换处理。

其次，可以利用模数转换模块进行模数转换。模数转换模块为至少12位的模数转换器，通过对经过相位调节的电压信号和电流信号进行高速采样，将其转换为数字信号输出。

最后，根据转换为数字信号的电压信号和电流信号计算功率，以根据功率进行数字信号的处理，获取电碳信息熵。

在步骤102，对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号。

优选地，其中所述对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号，包括：基于快速傅里叶变换FFT的频谱分析法将所述输出功率信号解构为基频分量、谐波分量和直流分量，将直流分量记为0次谐波，基频分量记为1次谐波，则输出功率信号P被分解为谐波分量(p

在步骤103，进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数。

优选地，其中所述进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数，包括：

获取不同发电方式的发电侧排放因子；

基于不同发电方式的发电侧排放因子和电力系统潮流计算模型，根据碳排放流计算方法计算电气设备所在节点k的节点碳势，包括：

其中，e

以基频分量为正，其他频率分量为负，确定电气设备的电碳转换系数C为：

C＝(c(0)，c(1)，…，c(n))＝(-e

在步骤104，根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，以基于所述电碳信息熵评估所述电气设备的碳排放量。

优选地，其中所述根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，包括：

E(P)＝-∑

其中，E(P)为输出功率信号P的电碳信息熵；c(x)为信号分解后谐波次数为x的谐波分量p(x)对应的电碳转换系数，n为最大的谐波次数；b为预设底数；电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小。

结合图2所示，在本发明的实施方式中，通过数字信号处理模块进行数字信号处理。其中，数字信号处理模块包括数字信号处理芯片和储存模块。数字信号处理模块实现如下功能：首先，通过基于频谱分析的电力信号分解方法，将电力信号解构为基频分量、谐波分量和直流分量，其次，依据储存模块中输入的给定节点排放因子，由电碳转换系数计算方法计算电碳转换系数；最后，基于分解后的电力信号和电碳转换系数，由电碳信息熵计算方法计算电碳信息熵，将电力信号与电碳信息熵一并输入显示模块。在本发明的实施方式中，进行电力信号分解时，基于快速傅里叶变换(FFT)的频谱分析法将电力信号解构为基频、谐波和直流分量，将直流分量记为0次谐波，基频记为1次谐波，功率P可被分解为谐波分量(p

C＝(c(0)，c(1)，…，c(n))＝(-e

在本发明的实施方式中，在进行电碳信息熵的计算时，对于电力信号p(x)，结合电碳转换系数C，计算功率信号P的电碳信息熵E(P)：

E(P)＝-∑

其中，E(P)为输出功率信号P的电碳信息熵；c(x)为信号分解后谐波次数为x的谐波分量p(x)对应的电碳转换系数，n为最大的谐波次数；b为预设底数；电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小。

在本发明的实施方式中，取底数b＝2时，此时信息熵量纲为bit。最后，将电力信号与电碳信息熵一并输入显示模块，通过电碳信息熵即可评估电气设备的碳排放量。

在本发明的实施方中，利用显示模块实时显示采集到的电压信号、电流信号，以及计算到的功率和电碳信息熵，将电碳信息熵作为衡量电气设备碳排放的量化指标。电碳信息熵越高，表明并网逆变器输出电能质量越高、损耗越小、对应碳排放越小。

本发明的方法，可应用于逆变器、整流器、固态变压器、能源路由器等电能变换设备的碳排放量化，可用于实现电气设备及电力系统碳排放的科学量测与评价。其中，基于频谱分析的电力信号分解方法可以分解可利用的分量与需过滤的、带来损耗的分量；基于潮流模型的碳排放流计算方法可以将电力系统中发电厂产生的碳排放通过碳排放流等效至负荷端电气设备，能够建立电气设备电能质量与碳排放量的关系；电碳转换系数可以建立电力信号与碳排放之间的转换关系，将需过滤的、带来损耗的分量的影响量化；电碳信息熵作为衡量电气设备碳排放的量化指标，可以反映电能质量和碳排放情况，电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小；显示模块可以对被量测的电气设备的电能质量和碳排放进行实时监控。

图3为根据本发明实施方式的电气设备的碳排放量评估系统300的结构示意图。如图3所示，本发明实施方式提供的电气设备的碳排放量评估系统300，包括：功率信号获取模块301、信号分解模块302、电碳转换系数计算模块303和电碳信息熵计算模块304。

优选地，所述功率信号获取模块301，用于获取电气设备输出的电压信号和电流信号，并基于所述电压信号和电流信号，获取所述电气设备的输出功率信号。

优选地，其中所述系统还包括：

相位调节模块，用于对获取的电压信号和电流信号进行相位调节，以使得所述电流信号和电压信号的相位一致；

模数转换模块，用于对经过相位调节的电压信号和电流信号进行模数转换，以获取数字量的电压信号和电流信号。

优选地，所述信号分解模块302，用于对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号。

优选地，其中所述信号分解模块302，对所述输出功率信号进行信号分析，获取分解信号，包括：

基于快速傅里叶变换FFT的频谱分析法将所述输出功率信号解构为基频分量、谐波分量和直流分量，将直流分量记为0次谐波，基频分量记为1次谐波，则输出功率信号P被分解为谐波分量(p

优选地，所述电碳转换系数计算模块303，用于进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数。

优选地，其中所述电碳转换系数计算模块303，进行电碳转换系数的计算，确定电碳转换系数，包括：

获取不同发电方式的发电侧排放因子；

基于不同发电方式的发电侧排放因子和电力系统潮流计算模型，根据碳排放流计算方法计算电气设备所在节点k的节点碳势，包括：

其中，e

以基频分量为正，其他频率分量为负，确定电气设备的电碳转换系数C为：

C＝(c(0)，c(1)，…，c(n))＝(-e

优选地，所述电碳信息熵计算模块304，用于根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，以基于所述电碳信息熵评估所述电气设备的碳排放量。

优选地，其中所述电碳信息熵计算模块304，根据所述分解信号和电碳转换系数，确定电碳信息熵，包括：

E(P)＝-∑

其中，E(P)为输出功率信号P的电碳信息熵；c(x)为信号分解后谐波次数为x的谐波分量p(x)对应的电碳转换系数，n为最大的谐波次数；b为预设底数；电碳信息熵越小，表明电能质量越高，电气设备的损耗及碳排放量越小。

本发明的实施例的电气设备的碳排放量评估系统300与本发明的另一个实施例的电气设备的碳排放量评估方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。