一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法

技术领域

本发明涉及一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法，属于新能源电力系统技术领域。

背景技术

为加快构建以新能源为重要支撑的新型电力系统，新能源渗透率将不断提升。可预见的是，在新能源资源充沛的园区，电力系统中的绿色电力占比与消纳不断提升，地区电力用能中零碳电力的占比持续增长，如何合理的评估电力网架中绿色电力的传输占比，从而进一步分析研判企业在用电、用能中可再生能源占比，进而为企业能耗核查、碳排放核查以及合理引导企业分时段用能，将园区高比例的新能源资源优势切实转变为企业发展、招商引资的优势，成为绿色低碳用能转变的关键。

针对在用户绿色用能的电力溯源领域，国内外都已开展了深入的研究，目前最主流的手段依托绿色电力证书(下简称“绿证”)建立用户用能与发电端清洁电力的联系。国内GEC绿证与国外I-REC、APX绿证主要关注绿色电力交易系统的架构，该系统主要关注发电端电力的唯一属性。基于区块链加密技术保障用户在购买绿色电力的唯一性，确保绿色电力至用户溯源的准确性，但上述主流系统均不考虑电力实际的传输方向，将发电端与用户端解耦，主要考虑绿色电力交易的稳定性。在考虑实际电网的潮流运行层面，部分学者提出通过计算负荷曲线和发电曲线的曲线匹配度，去获得所述目标区域在预设时间段内对应的绿色电力数据，但该方法缺乏对实际电网网架和实际潮流的分析，在简单电网中可以得到有效应用，面对我国多层级的复杂电网误差较大。部分学者通过对区块链技术的深入研究，重点关注集成发电信息、交易信息、传输信息和用电信息的区块链存证，但未能说明清楚企业内部电网、企业外部公网的架构，对于电力潮流运行与电力消纳的关系分析也无法明晰。

综上可知，在绿色电力溯源领域，目前现有的研究主要聚焦在绿证交易系统的设计与区块链系统的加密，忽略了对于电力实际传输路径的关注。虽然电力的传输速度以光速传播，在大电网内绿色电力与传统火电混合，难以准确的剖析出绿色电力的传输流向与占比，无法实现大规模的物理层面的绿电追踪。然而，在电力网架较为简单的各类型园区，电力网架结构清晰明确，使得绿色电力的潮流追踪成为了可能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法，能够准确评估电力用户的绿色电力消纳情况，为园区内用户的绿电溯源提供准确的数据支持。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法，包括：

获取待溯源高比例可再生能源供应园的网架结构、网架参数和潮流数据；

基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路；

计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量；

将单个电力用户在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个电力用户消纳的绿色电量，将单个可再生能源在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个可再生能源输出的绿色发电量；

基于全年每一时刻的单个电力用户消纳的绿色电量，组成单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵；基于全年每一时刻的单个可再生能源输出的绿色发电量，组成单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵；其中，所述单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵与单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵为待溯源园区内用户的绿电溯源提供数据支持。

结合第一方面，可选地，所述基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，包括：

根据待溯源高比例可再生能源供应园区的网架结构，将待溯源高比例可再生能源供应园区的电网模型简化为绿色溯源标准网架；所述绿色溯源标准网架中园区外的可再生能源以高电压等级接入枢纽变电站，园区内部的可再生能源以低电压接入枢纽变电站，园区内所有电力用户以低电压接入枢纽变电站，枢纽变电站采用馈供的方式向电力用户供电，所述绿色溯源标准网架为标准网架模式A、标准网架模式B中的一种，其中，所述标准网架模式A包括一个枢纽变电站，所述标准网架模式B包括两个枢纽变电站；

将获取到的网架参数输入得到的绿色溯源标准网架，得到园区网架模型。

结合第一方面，可选地，所述有源辐射式的配电线路，以单个可再生能源发电站为电力供应的源头，连接单个电力用户作为末端，所述有源辐射式的配电线路的数量为园区内电力用户的数量。

结合第一方面，可选地，所述计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量，包括：

初始化园区内有m个可再生能源，产生的绿色发电量被园区内n个电力用户完全消纳，有n条有源辐射式的配电线路；

根据全年中任一时刻t的潮流数据，计算第n条配电线路中园区内的可再生能源S

园区外的可再生能源经过外送与功率损耗后，得到用于根据配电线路数量进行分流的园区外的可再生能源G

根据全年中任一时刻t的潮流数据，计算第n条配电线路中园区外的可再生能源G

结合第一方面，可选地，所述单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵，包括：

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时，单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵L

式(1)中，Δt为处理潮流数据的间隔时间，H为全年处理数据的总次数；

式(2)中，

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时，单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵L

式(3)中，Δt为处理潮流数据的间隔时间，H为全年处理数据的总次数；

式(4)中，

结合第一方面，可选地，所述单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵，包括：

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时：

园区内第m个可再生能源S

园区外第i个可再生能源G

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时：

园区内第m个可再生能源S

园区外第i个可再生能源G

园区外第一枢纽变电站获取的第k个园区外的可再生能源V

式(5)、(6)、(7)中，Δt为处理潮流数据的间隔时间，H为全年处理数据的总次数。

结合第一方面，可选地，还包括：计算单个电力用户全年的绿电消纳占比L

式(8)中，L

第二方面，本发明提供了一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源装置，包括：

获取模块：用于获取待溯源高比例可再生能源供应园的网架结构、网架参数和潮流数据；

构建模块：用于基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路；

第一计算模块：用于计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量；

第二计算模块：用于将单个电力用户在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个电力用户消纳的绿色电量，将单个可再生能源在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个可再生能源输出的绿色发电量；

输出模块：用于基于全年每一时刻的单个电力用户消纳的绿色电量，组成单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵；基于全年每一时刻的单个可再生能源输出的绿色发电量，组成单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵；其中，其中，所述单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵与单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵为待溯源园区内用户的绿电溯源提供数据支持。

第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法。

第四方面，本申请提供了一种设备，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如第一方面所述的高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法的操作。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法，所达到的有益效果包括：

本发明获取待溯源高比例可再生能源供应园的网架结构、网架参数和潮流数据；基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路；本发明理清了每个可再生发电机组至负荷侧的潮流结构拓扑关系，为后续园区内用能的可靠计量、园区内绿色用能证书的认定提供坚实的计算基础；

本发明计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量；将单个电力用户在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个电力用户消纳的绿色电量，将单个可再生能源在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个可再生能源输出的绿色发电量；基于全年每一时刻的单个电力用户消纳的绿色电量，组成单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵；基于全年每一时刻的单个可再生能源输出的绿色发电量，组成单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵；其中，所述单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵与单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵为待溯源园区内用户的绿电溯源提供数据支持；

本发明在合理的分析园区内外的电力网架拓扑基础上，将园区内外的绿色电力统筹纳入单个电力用户的电力溯源范畴，给出了位于不同电压等级、不同区位的新能源的电力溯源占比，为园区统计用户的绿色电力用能占比，打造低碳清洁的园区提供了技术支持；

在本发明的加持下，园区能够通过光、风的短时间功率预测，结合用户的负荷需求、储能出力与柔性负荷，使得用户的用电尽量与园区内外的绿色电力相匹配，尽可能高效率地消纳绿色清洁电力，从而进一步打造零碳、近零碳园区。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法中标准网架模式A的结构图；

图3是本发明实施例一提供的一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法中标准网架模式B的结构图；

图4是本发明实施例一提供的一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法中园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时潮流剖析图；

图5是本发明实施例一提供的一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法中园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时潮流剖析图；

图6是本发明实施例二提供的园区网架的接线图；

图7是本发明实施例二提供的园区网架的园区网架模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法，包括：

获取待溯源高比例可再生能源供应园的网架结构、网架参数和潮流数据；

基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路；

计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量；

将单个电力用户在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个电力用户消纳的绿色电量，将单个可再生能源在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个可再生能源输出的绿色发电量；

基于全年每一时刻的单个电力用户消纳的绿色电量，组成单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵；基于全年每一时刻的单个可再生能源输出的绿色发电量，组成单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵；其中，所述单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵与单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵为待溯源园区内用户的绿电溯源提供数据支持。

具体步骤包括：

步骤1：获取待溯源高比例可再生能源供应园的网架结构、网架参数和潮流数据。

步骤2：基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路。

步骤2.1：基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型。

本实施例适用于高比例可再生能源占比且具有清晰网架结构的园区。该类园区的主要特点为：以一级或两级电压等级的变电站为电力传输的枢纽，园区内部的可再生能源以低电压等级接入枢纽变电站，园区外部的可再生能源以高电压等级接入枢纽变电站；园区内的电力用户全部以低电压等级接入枢纽变电站，变电站采用馈供的方式向电力用户供电。变电站与外界的大电网有清晰的划分断面，即通常以一回线路或两至三回线路与大电网连接，不在大电网中形成环流。

步骤2.1.1：根据待溯源高比例可再生能源供应园区的网架结构，将待溯源高比例可再生能源供应园区的电网模型简化为绿色溯源标准网架。

绿色溯源标准网架为标准网架模式A、标准网架模式B中的一种，其中，所述标准网架模式A包括一个枢纽变电站，所述标准网架模式B包括两个枢纽变电站。

如图2所示，标准网架模式A包括一个枢纽变电站，枢纽变电站的变压器变比为U

如图3所示，标准网架模式B包括两个枢纽变电站，第一枢纽变电站的变压器变比为U

需要说明的是，标准模式A与标准模式B并不限制接入母线的可再生能源数量，而只是对于区域与公共电网的断面要求较为严苛，需要有清晰的断面分割。

步骤2.1.2：将获取到的网架参数输入得到的绿色溯源标准网架，得到园区网架模型。

网架参数包括：可再生能源至枢纽变电站的线路参数、电力用户至枢纽变电站的线路参数、变压器的电气参数。

园区网架模型，如图3、图4所示。

步骤2.2：根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路。

根据全年中任一时刻t的潮流数据，录入该时刻可再生能源出力、变电站潮流与线路潮流，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路。

有源辐射式的配电线路，以单个可再生能源发电站为电力供应的源头，连接单个电力用户作为末端。

需要说明的是，有源辐射式的配电线路的数量为园区内电力用户的数量。

本实施例理清了每个可再生发电机组至负荷侧的潮流结构拓扑关系，为后续园区内用能的可靠计量、园区内绿色用能证书的认定提供坚实的计算基础；

步骤3：计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量。

步骤3.1：初始化园区内有m个可再生能源，产生的绿色发电量被园区内n个电力用户完全消纳，有n条有源辐射式的配电线路。

对于园区内任一可再生能源S

步骤3.2：根据全年中任一时刻t的潮流数据，计算第n条配电线路中园区内的可再生能源S

式(1)中：

式(2)中，

步骤3.3：园区外的可再生能源经过外送与功率损耗后，得到用于根据配电线路数量进行分流的园区外的可再生能源G

(1)当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时，通过电气计量装置的测量经过枢纽变电站主变从母线B3向母线B4的注入的总功率

式(3)中，G

步骤3.4：根据全年中任一时刻t的潮流数据，计算第n条配电线路中园区外的可再生能源G

绿色电力经过外送与功率损耗后，在母线B4上进一步分流。计算第n条配电线路中园区外的可再生能源G

式(4)中，

式(5)中，

(2)当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时，在标准网架模式A的基础上，进一步向外扩展至1#枢纽变电站。

t时刻1#枢纽变电站母线B1接入的第k个区外可再生能源

首先检测母线B3的外送线路功率

式(6)中，

式(7)中，

式(8)中，

计算接入2#枢纽变电站的区外可再生能源，与标准网架模式A类似，以第n条辐射式配电线路为例，t时刻该电力用户获取的G

进一步与模式A类似，针对园区内某个可再生能源S

步骤4：电力用户在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个电力用户消纳的绿色电量，将单个可再生能源在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个可再生能源输出的绿色发电量。

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时，任一时刻t单个电力用户n消纳的绿色电量

式(10)中，

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时，任一时刻t单个电力用户n消纳的绿色电量

式(11)中，

步骤5：每一时刻的单个电力用户消纳的绿色电量，组成单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵；基于全年每一时刻的单个可再生能源输出的绿色发电量，组成单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵。

(1)当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时，单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵L

式(12)中，Δt为处理潮流数据的间隔时间，H为全年处理数据的总次数。

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时，单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵L

式(13)中，Δt为处理潮流数据的间隔时间，H为全年处理数据的总次数。

(2)当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式A时：

园区内第m个可再生能源S

园区外第i个可再生能源G

当园区网架模型采用的绿色溯源标准网架为标准网架模式B时：

园区内第m个可再生能源S

园区外第i个可再生能源G

园区外第一枢纽变电站获取的第k个园区外的可再生能源V

式(14)、(15)、(16)中，Δt为处理潮流数据的间隔时间，H为全年处理数据的总次数。

单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵与单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵为待溯源园区内用户的绿电溯源提供数据支持。

本实施例还包括：计算单个电力用户全年的绿电消纳占比L

式(17)中，L

本实施例在合理的分析园区内外的电力网架拓扑基础上，将园区内外的绿色电力统筹纳入单个电力用户的电力溯源范畴，给出了位于不同电压等级、不同区位的新能源的电力溯源占比，为园区统计用户的绿色电力用能占比，打造低碳清洁的园区提供了技术支持。

在本实施例的加持下，园区能够通过光、风的短时间功率预测，结合用户的负荷需求、储能出力与柔性负荷，使得用户的用电尽量与园区内外的绿色电力相匹配，尽可能高效率地消纳绿色清洁电力，从而进一步打造零碳、近零碳园区。

实施例二：

以某工业园区的实际电网网架为例，该园区内主供变电站位于园区西南侧110kV园区变，该变电站由2回110kV线路连接至220kV工业变供电，220kV工业变由4回220kV线路与公共电网连接。该实施例的电网网架结构如图6所示。

根据图6的园区电网网架结构与实际电网的运行方式，按照标准模式B对园区电网进行电气建模，建模后实施例的电网网架结构如图7所示。

依据图7展示的电网结构，将电网的实际潮流数据录入，为简化演示，以该工业园区某日24小时的有功功率电力潮流数据，演示全天各小时的电力溯源结果。

依据当日的实时潮流，园区内4条配电线路的分时段潮流

表1园区内配电网负荷时序表单位：MW

进一步的，依据式(2)计算园区内电源负荷分流系数，如下表所示。

表2园区内配电网负荷分流系数表

进一步的，区内分散式风电装机容量为20MW，分布式光伏的装机容量为10MW，上述区内分布式新能源的出力特性如下表所示。

表3园区内新能源出力表单位：MW

进一步的，按照式(1)以及式(13)形成可再生能源S

表4园区内分布式光伏S1溯源至各电力用户的绿色电力分量单位：MW

表5园区内分散式风电S2溯源至各电力用户的绿色电力分量单位：MW

进一步的，区外110kV陆上风电装机50MW，区外海上风电装机200MW，区外220kV陆上风电机组装机150MW，考虑本计算方法中有功与无功解耦计算，在有功计算中，变压器的有功损耗可忽略不计。上述新能源的出力情况如下表所示。

表6园区外可再生能源的出力单位：MW

首先关注区外110kV陆上风电G1的绿色电力分配，陆上风电G1在园区内部需求是通过110kV园区变下载进入园区内部供电，在园区内电力难以消纳时上传至外部消纳。依据式(4)以及式(5)、式(9)、式(14)计算园区外可再生能源G

表7接入110kV园区变110kV侧的陆上风电G1溯源至各电力用户的绿色电力分量单位：MW

进一步的，关注接入220kV工业变高压侧的新能源V1与V2，海上风电V1装机容量为200MW，陆上风电V2装机容量为150MW。首先检测母线B3的外送线路功率

表8接入220kV工业变220kV侧的海上风电V1溯源至各电力用户的绿色电力分量单位：MW

表9接入220kV工业变220kV侧的陆上风电V2溯源至各电力用户的绿色电力分量单位：MW

最终，依据公式(11)以及公式(15)获取了单个用户的绿电消纳占比，如下表所示。

表10园区内各电力用户的绿色消纳占比

实施例二：

本实施例提供一种高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源装置，包括：

获取模块：用于获取待溯源高比例可再生能源供应园的网架结构、网架参数和潮流数据；

构建模块：用于基于获取到的网架结构、网架参数，建立园区网架模型，根据全年中任一时刻t的潮流数据，将园区网架模型拆分为多条有源辐射式的配电线路；

第一计算模块：用于计算每条配电线路中各可再生能源在单个电力用户的绿色电力分量；

第二计算模块：用于将单个电力用户在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个电力用户消纳的绿色电量，将单个可再生能源在每条配电线路中的绿色电力分量累加，得到任一时刻t单个可再生能源输出的绿色发电量；

输出模块：用于基于全年每一时刻的单个电力用户消纳的绿色电量，组成单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵；基于全年每一时刻的单个可再生能源输出的绿色发电量，组成单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵；其中，其中，所述单个电力用户全年的绿色电量消纳矩阵与单个可再生能源全年的绿色发电量矩阵为待溯源园区内用户的绿电溯源提供数据支持。

实施例三：

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例一所述的高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法。

实施例四：

本实施例提供了一种设备，包括：

存储器，用于存储指令；

处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如实施例一所述的高比例可再生能源供应园区的绿色电力溯源方法的操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。