【顶级EI完美复现】电力系统碳排放流的计算方法【IEEE 14节点】（Matlab代码实现）-洪萨配资

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💥1 概述

文献来源：

摘要：电力系统碳排放流分析的理念为低碳电力带来了新的研究方向。根据潮流计算的结果准确而系统地求解电力系统中碳排放流的分布成为亟待解决的问题。在电力系统碳排放流分析理论的基础上,进一步分析了碳排放流和电力系统潮流计算之间的异同,以及电力系统碳排放流的影响因素、计算体系和计算思路;根据碳排放流求解的需要,定义了一些关键矩阵和向量;结合电力系统潮流计算方法与高等电力网络分析方法,在忽略网损的情况下,建立了电力系统碳排放流的基本计算方法,并通过算例系统验证了该方法的正确性。

关键词：

碳排放流;低碳电力技术;潮流计算;节点碳势;

面对问题：
电力系统碳排放流分析的理念为低碳电力带来了新的研究方向。根据潮流计算的结果准确而系统地求解电力系统中碳排放流的分布成为亟待解决的问题。
创新点（解决办法）：
在电力系统碳排放流分析理论的基础上，进一步分析了碳排放流和电力系统潮流计算之间的异同，以及电力系统碳排放流的影响因素、计算体系和计算思路；根据碳排放流求解的需要，定义了一些关键矩阵和向量；结合电力系统潮流计算方法与高等电力网络分析方法，在忽略网损的情况下，建立了电力系统碳排放流的基本计算方法，并通过算例系统验证了该方法的正确性。

文章目录：

一、碳排放流理论框架

基本定义
- 碳排放流（CEF）是依附于电力潮流的虚拟网络流，从发电侧随有功潮流流向负荷侧，量化维持支路潮流产生的碳排放。
- 核心指标：

节点碳势（ρ）：节点单位电能的碳排放强度（kgCO₂/kWh）
碳流率（R）：单位时间流经节点/支路的碳排放量（tCO₂/h）
支路碳流密度：支路传输单位电量的碳排放量

计算原理
- 比例共享原则：流入节点的各支路碳流贡献率与其潮流占比相同。
- 碳流方向性：仅跟随有功潮流方向，与无功潮流无关。

二、IEEE 14节点系统建模

拓扑结构
- 节点：14个节点（含5台发电机、11个负荷节点）
- 发电机位置：节点1（平衡节点）、2、3、6、8
- 关键参数：

总有功负荷：259 MW
支路参数：电阻（R）、电抗（X）、电纳（B）（如支路1-2：R=0.01938 pu, X=0.05917 pu）
机组参数：火电/燃气机组碳势动态计算，风光机组碳势为0

矩阵构建

矩阵名称	符号	定义	维度
支路潮流分布矩阵	PBPB	描述有功潮流分布与拓扑	N×NN×N（N=14）
机组注入分布矩阵	PGPG	机组注入有功功率	K×NK×N（K=5）
节点有功通量矩阵	AA	节点净有功通量	N×1N×1

三、碳排放流计算步骤

基础潮流计算
- 使用MatPower等工具求解IEEE 14节点潮流分布，获得各支路有功潮流 PijPij。
节点碳势计算
- ei：机组i的碳排放强度（kgCO₂/kWh）
- Aij：机组i对节点j的功率传递系数
支路碳流率计算
Rkj=ρk⋅Pkj
- ρk：支路起点k的节点碳势
- Pkj：支路k→j的有功潮流
负荷碳流率分配
RLm=ρm⋅PLm
- ρm：负荷节点m的碳势

四、IEEE 14节点算例分析

典型结果
- 节点碳势分布：
  - 火电接入节点（如节点1）碳势最高（\sim0.8 kgCO₂/kWh），近风电节点碳势趋近0。
- 碳流路径：
  - 碳排放从火电机组（节点1、3）经主干支路（如1-2、2-4）流向负荷中心（节点4、7、9）。
动态场景验证
- 当节点4负荷从火电切换为风电供电时：
  - 碳流率从34.43 tCO₂/h降至29.13 tCO₂/h（降幅15.4%）。

五、应用场景

低碳调度
- 以节点碳势为信号引导负荷时段转移（如电动汽车充电），降低系统碳排放。
跨省碳责任分摊
- 基于比例共享原则，将跨区输电碳排放分摊至负荷省份。
碳表系统设计
- 实时监测节点碳势，为用户提供碳排放数据（如江西电网示范工程）。

六、研究挑战与展望

算法优化：迭代法求解碳势的收敛性改进（IEEE 14节点需7-12次迭代）。
多能耦合：扩展至电-热-气综合能源系统碳排放流分析。
政策衔接：碳流数据与碳交易市场机制协同。

结论：IEEE 14节点系统作为标准测试平台，验证了碳排放流理论在电网碳追踪中的有效性。未来需结合高比例新能源接入场景深化算法鲁棒性研究。

📚2 运行结果

论文结果：

复现结果：

论文结果：

代码复现结果：

部分代码：

%% 求系统潮流
power_flow;
%% 论文复现
K=5;%发电机数
N=14;%系统节点数
M=11;%负荷数
%% 支路潮流分布矩阵PB
PB=Pij*baseMVA;
for k=1:length(branch(:,1))
branch(k,14)=PB(branch(k,1),branch(k,2));
branch(k,15)=PB(branch(k,2),branch(k,1));
end
for k=1:14
for kk=1:14
if PB(k,kk)<0
PB(k,kk)=0;
end
end
end
%% 机组注入分布矩阵
PG=zeros(K,N);
for k=1:length(gen(:,1))
PG(k,gen(k,1))=gen(k,2);
end
%% 辅助变量PZ
xigama=ones(1,K+N);
PZ=[PB;PG];
%% 节点有功通量矩阵
PN=diag(xigama*PZ);
disp('节点有功通量：')
disp((xigama*PZ)')
%% 发电机组碳排放强度向量
EG=[875;525;0;520;0];
%% 节点碳势分布向量
EN=(PN-PB')^(-1)*PG'*EG;
disp('节点碳势分布向量：')
disp(EN)
%% 负荷分布矩阵
PL=zeros(M,N);
bus_copy=bus;
for k=1:M
for kk=1:N
if bus_copy(kk,3)>0
PL(k,kk)=bus_copy(kk,3); %bus第三列为有功功率
bus_copy(kk,3)=0;
break
end
end
end
%% 支路碳硫率分布矩阵
RB=PB*diag(EN);
RB=RB/1000;
disp('支路碳流率分布矩阵：')
disp(RB)
%% 负荷碳流率向量
RL=PL*EN;
RL=RL/1000;%转换单位
disp('负荷碳流率向量：')
disp(RL)