Optimal Configuration Method for Backup Carbon Meter System for Carbon Measurement of Electricity Consumption

GUO Kuixing; LI Yaowang; HE Xiaoyi; LIU Heng; LI Xuecheng; ZHANG Ning

doi:10.7500/AEPS20240613008

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimal Configuration Method for Backup Carbon Meter System for Carbon Measurement of Electricity Consumption

Power System Analysis and Optimization from Carbon Perspective | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Configuration Method for Backup Carbon Meter System for Carbon Measurement of Electricity Consumption
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 6, Pages: 14-22(2025)
- 作者机构：
  
  1.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市100084
  2.清华四川能源互联网研究院，四川省成都市 610213
  3.国网北京市电力公司，北京市 100031
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5700-202411271A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20240613008
  CLC：
- Received：13 June 2024，
  
  Revised：2024-11-22，
  
  Published Online：31 December 2024，
  
  Published：25 March 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
郭魁星,李姚旺,何晓宜等.面向用电碳计量的备用碳表系统优化配置方法[J].电力系统自动化,2025,49(6):14-22.

GUO Kuixing,LI Yaowang,HE Xiaoyi,et al.Optimal Configuration Method for Backup Carbon Meter System for Carbon Measurement of Electricity Consumption[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(6):14-22.
郭魁星,李姚旺,何晓宜等.面向用电碳计量的备用碳表系统优化配置方法[J].电力系统自动化,2025,49(6):14-22. DOI： 10.7500/AEPS20240613008.

GUO Kuixing,LI Yaowang,HE Xiaoyi,et al.Optimal Configuration Method for Backup Carbon Meter System for Carbon Measurement of Electricity Consumption[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(6):14-22. DOI： 10.7500/AEPS20240613008.

摘要

电力碳表系统是实现实时、精准用电碳计量的重要载体。“碳达峰·碳中和”目标的深入实施，对电力碳表计量准确性和连续性的要求愈发严格，仅靠独立碳表系统难以应对越来越高的要求，亟须探索备用碳表系统的优化配置方法。文中根据电力碳计量具有“牵一发而动全身”的特性和用电碳计量与电力潮流间的强耦合关系，提出了一套备用碳表系统优化配置方法。该方法采用分步优化的方式。首先，在保证碳表系统能够完整计量电力系统全量碳信息的前提下，提出了以配置成本最低为目标的最优备用碳表装置数量确定方法。然后，以最小化备用碳表系统计量误差为目标，提出了备用碳表装置优化布点方法。最后，基于PJM 5节点系统和中国某地市实际电力系统的运行数据开展算例仿真。仿真结果表明，该方法能够在保证电力系统完整碳排放信息计量的前提下，以最小的备用碳表系统配置成本，实现不超过0.2%的碳排放计量误差。

Abstract

The electric carbon meter system is an important carrier for realizing real-time and accurate electric carbon measurement. With the deeply implement of the goal of carbon emission peak and carbon neutrality

the requirements for the accuracy and continuity of measurement by electric carbon meter become increasingly stringent. It will be difficult to cope with the increasing requirements only by relying on an independent carbon meter system

and it is urgent to explore the optimal configuration method for the backup carbon meter system. Considering the characteristics of “one hair affecting the whole body” of the electric carbon measurement and the strong coupling relationship between the electric carbon measurement and the power flow

this paper proposes an optimal configuration method of the backup carbon meter system. The method is conducted in a stepwise optimization manner. First

to ensure that the carbon meter system can measure the complete carbon information of the power system

this paper proposes an optimal method to determine the number of backup carbon meter devices with the minimum configuration cost. Then

with the aim of minimizing the measurement error of the backup carbon meter system

this paper proposes a method of optimizing the distribution of backup carbon meter devices. Finally

the simulation test is carried out based on the PJM 5-bus system and the actual power system data of one city in China. The simulation results show that the proposed method can achieve a carbon emission measurement error of less than 0.2% with the minimum configuration cost of the backup carbon meter system

on the premise of ensuring the complete carbon emission information measurement of the power system.

关键词

Keywords

references

康重庆，杜尔顺，李姚旺，等 . 新型电力系统的“碳视角”：科学问题与研究框架［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 3 ）： 821 - 833 .

KANG Chongqing ， DU Ershun ， LI Yaowang ， et al . Key scientific problems and research framework for carbon perspective research of new power systems ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 821 - 833 .

章政文，顾津锦，赵俊华，等 . 基于碳卫星与电力排放数据的碳计量［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 1 ）： 2 - 9 .

ZHANG Zhengwen ， GU Jinjin ， ZHAO Junhua ， et al . Carbon measurement based on carbon satellite and electricity emission data ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 2 - 9 .

宋金伟，杨维，周春雷，等 . 跨电网的区域电力碳排放因子分布式计算方法［J/OL］. 电力系统自动化［ 2024-06-13 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS20240319001 http://doi.org/10.7500/AEPS20240319001 .

SONG Jinwei ， YANG Wei ， ZHOU Chunlei ， et al . Distributed calculation method for regional power carbon emission factors across power grids ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2024-06-13 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS202403 19001 http://doi.org/10.7500/AEPS20240319001 .

李姚旺，张宁，杜尔顺，等 . 基于碳排放流的电力系统低碳需求响应机制研究及效益分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2830 - 2842 .

LI Yaowang ， ZHANG Ning ， DU Ershun ， et al . Mechanism study and benefit analysis on power system low carbon demand response based on carbon emission flow ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2830 - 2842 .

马铭辰，李姚旺，杜尔顺，等 . 多时段边际碳排放因子及其不确定性分析［J/OL］. 电力系统自动化［ 2024-06-13 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS20230905003 http://doi.org/10.7500/AEPS20230905003 .

MA Mingchen ， LI Yaowang ， DU Ershun ， et al . Analysis for the marginal carbon intensity and its uncertainty ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2024-06-13 ］. http：//doi.org/10.7500/AEPS20230905003 http://doi.org/10.7500/AEPS20230905003 .

HUBER J ， LOHMANN K ， SCHMIDT M ， et al . Carbon efficient smart charging using forecasts of marginal emission factors ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2021 ， 284 ： 124766 .

周全，冯冬涵，徐长宝，等 . 负荷侧碳排放责任直接分摊方法的比较研究［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 17 ）： 153 - 159 .

ZHOU Quan ， FENG Donghan ， XU Changbao ， et al . Methods for allocating carbon obligation in demand side： a comparative study ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 17 ）： 153 - 159 .

FUDENBERG D ， TIROLE J . Game theory ［M］. Cambridge， USA ： MIT Press ， 1991 .

高效，彭建春，罗安 . 考虑输电阻塞的电网固定成本分摊核仁法［J］. 电网技术， 2007 ， 31 （ 22 ）： 49 - 53 .

GAO Xiao ， PENG Jianchun ， LUO An . Nucleolus method to allocate fixed cost for interconnected multi-area power network with transmission congestion considered ［J］. Power System Technology ， 2007 ， 31 （ 22 ）： 49 - 53 .

Carbon flows： the emissions omitted： the usual figures ignore the role of trade in the world’s carbon economy ［EB/OL］. ［ 2024-06-13 ］. http：//www.economist.com/node/18618451 http://www.economist.com/node/18618451 ．

Carbon footprints： following the footprints ［EB/OL］. ［ 2024-06-13 ］. http：//www.economist.com/node/18750670 http://www.economist.com/node/18750670 .

陈晓科，周天睿，李欣，等 . 电力系统的碳排放结构分解与低碳目标贡献分析［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 2 ）： 18 - 25 .

CHEN Xiaoke ， ZHOU Tianrui ， LI Xin ， et al . Structure identification of CO 2 emission for power system and analysis of its low-carbon contribution ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 2 ）： 18 - 25 .

周天睿，康重庆，徐乾耀，等 . 电力系统碳排放流分析理论初探［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 7 ）： 38 - 43 .

ZHOU Tianrui ， KANG Chongqing ， XU Qianyao ， et al . Preliminary theoretical investigation on power system carbon emission flow ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 7 ）： 38 - 43 .

刘昱良，李姚旺，周春雷，等 . 电力系统碳排放计量与分析方法综述［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 6 ）： 2220 - 2236 .

LIU Yuliang ， LI Yaowang ， ZHOU Chunlei ， et al . Overview of carbon measurement and analysis methods in power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 6 ）： 2220 - 2236 .

张宁，李姚旺，黄俊辉，等 . 电力系统全环节碳计量方法与碳表系统［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 2 - 12 .

ZHANG Ning ， LI Yaowang ， HUANG Junhui ， et al . Carbon measurement method and carbon meter system for whole chain of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 2 - 12 .

李业辉，李姚旺，刘昱良，等 . 基于碳排放流迭代算法的分布式碳表系统（一）：理论方法与分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2165 - 2174 .

LI Yehui ， LI Yaowang ， LIU Yuliang ， et al . Distributed carbon meter system based on iterative calculation of carbon emission flow （Ⅰ）： theoretical method and analysis ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2165 - 2174 .

李业辉，包维瀚，周特，等 . 基于碳排放流迭代算法的分布式碳表系统（二）：系统设计与验证［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 7 ）： 2682 - 2690 .

LI Yehui ， BAO Weihan ， ZHOU Te ， et al . Distributed carbon meter system based on iterative calculation of carbon emission flow （Ⅱ）： system design and validation ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 7 ）： 2682 - 2690 .

王春妍，卢达，李贺龙，等 . 电力碳排放计量网络溯源方法及计量分析［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 8 ）： 3373 - 3381 .

WANG Chunyan ， LU Da ， LI Helong ， et al . An electric carbon measurement network traceability method and measurement analysis ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 3373 - 3381 .

李姚旺，刘昱良，杨晓斌，等 . 计及电量交易信息的用电碳计量方法［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 2 ）： 439 - 450 .

LI Yaowang ， LIU Yuliang ， YANG Xiaobin ， et al . Electricity carbon metering method considering electricity transaction information ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 2 ）： 439 - 450 .

王春妍，卢达，李贺龙，等 . 考虑电力市场化交易的电碳表计量及实现方法研究［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 6 ）： 2297 - 2306 .

WANG Chunyan ， LU Da ， LI Helong ， et al . Measurement and implementation methods of electricity carbon meter considering electricity market-oriented trading ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 2297 - 2306 .

首款“电碳表”广东挂网试运行［EB/OL］.［ 2024-06-13 ］. https：//wap.peopleapp.com/article/7312922/7150116 https://wap.peopleapp.com/article/7312922/7150116 .

The first “carbon meter” was put into trial operation in Guangdong ［EB/OL］. ［ 2024-06-13 ］. https：//wap.peopleapp.com/article/7312922/7150116 https://wap.peopleapp.com/article/7312922/7150116 .

清华大学与国网江苏省电力有限公司联合发布全国首个电力系统全景碳排放流分析平台与“eCarbon+”智慧碳服务品牌［EB/OL］.［ 2024-06-13 ］. https：//www.eea.tsinghua.edu.cn/info/1038/5085.htm https://www.eea.tsinghua.edu.cn/info/1038/5085.htm ．

Tsinghua University and State Grid Jiangsu Electric Power Co. ， Ltd . jointly released the country’s first power system panoramic carbon emission flow analysis platform and “eCarbon+” smart carbon service brand ［EB/OL］. ［ 2024-06-13 ］. https：//www.eea.tsinghua.edu.cn/info/1038/5085.htm https://www.eea.tsinghua.edu.cn/info/1038/5085.htm ．

顾哲伟，董勤飞，洪宇峰，等 . 一种住宅小区居民用电备用电表智能切换装置与方法： CN114221323A ［P］. 2022-03-22 .

GU Zhewei ， DONG Qinfei ， HONG Yufeng ， et al . A kind of intelligent switching device and method of standby meter for residential electricity in a residential district ： CN114221323A ［P］. 2022-03-22 .

康重庆，程耀华，孙彦龙，等 . 电力系统碳排放流的递推算法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 18 ）： 10 - 16 .

KANG Chongqing ， CHENG Yaohua ， SUN Yanlong ， et al . Recursive calculation method of carbon emission flow in power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 18 ）： 10 - 16 .

某地市电力系统典型日实际运行数据［EB/OL］.［ 2024-06-13 ］. https：//pan.baidu.com/s/1dLNG-MRSDBZZNi9IhAbthg https://pan.baidu.com/s/1dLNG-MRSDBZZNi9IhAbthg .

The system data in typical day of a a city power system ［EB/OL］. ［ 2024-06-13 ］. https：//figshare.com/articles/dataset/___/28193666 https://figshare.com/articles/dataset/___/28193666 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Marginal Carbon Emission Factors in Multiple Time Periods and Analysis of Their Uncertainties

Review on Carbon Emission Accounting Methods for Whole Links of Power System

Low-carbon Operation Optimization Strategy for Photovoltaic-Electrical Energy Storage System Considering Life Cycle and Energy Storage Degradation

Bi-level Game Dispatch of Park Integrated Energy System Considering Decision-making Synergy of Electricity-Carbon Markets

Modeling and Solution for Energy-Carbon Security Regions of Integrated Energy System

Related Author

MA Mingchen

LI Yaowang

DU Ershun

ZHANG Ning

WEI Wei

SUN Jingyang

KONG Xiangyu

CHEN Yi

Related Institution

State Grid Hubei Marketing Service Center (Measurement Center)

Lab of Low Carbon Energy, Tsinghua University

State Grid Tianjin Electric Power Company

School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University

Marketing Service Center, State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd.

⁰