该文受国家自然科学基金（51620105007）资助。

作者：周天睿^1,2，康重庆¹

单位：1. 清华大学电机系，2. 电力规划设计总院

文章导读

新时代下，高质量发展对构建清洁低碳、安全高效的能源系统提出了更加明确的要求，作为现代能源的中心，电力系统的低碳发展对于能源工业整体的高质量发展十分重要。由于电能是二次能源，在使用过程中不产生碳排放，所以目前在电力系统优化运行的研究中，因用电行为产生的碳排放量计算的困难使得基于低碳效益评价的配电系统优化运行研究相对较少。本文依托碳排放流的理论体系，实现了配电网用电碳排放的可观可测，构建了配电网面向低碳运行的优化模型与方法。

文章亮点

（1）根据碳排放流的特性，研究总结了其在配电网系统中的分布特点与规律；

（2）根据储能元件的特点，建立了储能元件在不同工况下的碳排放流计算模型；

（3）研究提出了考虑储能元件与分布式发电机组的面向低碳目标的配电系统运行优化方法。

摘要

低碳高效的发展模式既是能源互联网的发展宗旨，也是电力工业从高速发展转向高质量发展的重要表现形式。近年来，配电网发展在整个电力行业中的角色越发重要，各类新型分布式能源发电技术与储能技术的应用越来越广泛。由于配电网依托主网运行，其在供电过程中的碳排放难以准确统计，对面向低碳的配电网优化运行策略提出了严峻挑战。通过引入碳排放流理论，分析了碳排放流在配电网系统中的分布规律与计算特点，并建立了储能元件的碳排放流分析模型，在此基础上，以配电网用电碳排放为目标函数，建立了配电网低碳优化运行模型，并通过IEEE 33节点系统进行了验证。提出的模型可为建立配电网低碳优化运行方法提供有效参考和借鉴。

⬆ 图1 优化模型的求解流程

（模型加入了校核环节，对储能装置在不同工作状态下系统求解结果的合理性进行了验证）

⬆ 图2 储能元件优化运行结果

（当储能元件处于充电状态时，其放电碳势高于其所在节点的碳势，使得其在充电过程中的放电碳势不断下降。当储能元件的放电碳势低于其所在节点的碳势时，储能将处于放电状态，并且其放电碳势保持恒定，当储能装置重新转换为充电状态时，考虑到充放电效率的影响，在开始充电的一段时间里储能元件的充电碳势将有所上升，然后根据主网碳势情况缓慢下降。）

⬆ 图3 系统优化运行结果

（在主网低碳时段——第1至第9时段和第19至第24时段，系统充分吸纳主网低碳电能，平均用电碳排放强度和主网碳势相等，而在主网高碳时段——第11至第19时段，系统充分调用自身相对低碳的资源，以实现系统在全时段内的低碳优化）