(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211373232.2 (22)申请日 2022.11.04 (71)申请人 天津滨电 电力工程有限公司 地址 300450 天津市滨 海新区塘沽学校大 街405号 申请人 国网天津市电力公司 　 国家电网有限公司 　 国网天津市电力公司东 丽供电分公 司 (72)发明人 任肖久　曹旌　梁程　杨要中　 陈建　张杰　潘琦　王育硕　 陈商玥　彭志超　程艳楠　郑晔　 王晓愉　刘凤　蒋立媛　段伟润　 张雪佼　万丽　唐乃馨　李琳琦　 王佰淮　朱昊　王晨飞　梁刚　 田圳　何维　苏诗洋　王执宇　刘芳辰　董鸿远　崔金锐　 (74)专利代理 机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 专利代理师 刘英梅 (51)Int.Cl. H02J 13/00(2006.01) H02J 3/00(2006.01) G01R 29/00(2006.01) H04L 9/30(2006.01) H04L 9/32(2006.01) H04Q 9/00(2006.01) (54)发明名称 电力碳排放计量装置及分层分布式碳排放 计量系统 (57)摘要 本发明涉及电力碳排放计量装置及分层分 布式碳排放计量系统， 装置外围硬件包括核心处 理器、 交流电压采集模块、 交流电流采集模块、 网 络通信模块、 串口通信模块、 数据存储模块、 交流 电源模块及人机交互模块； 系统包括电力碳排放 计量装置、 接入交换机、 接入路由器、 核心路由 器、 防火墙和数据中心； 电力碳排放计量装置在 整个电力系统所有电力节点中均分布使用； 一个 或多个电力碳排放计量装置通过接入交换机或 者接入路由器汇聚接入上一级核心路由器； 同级 核心路由器为上一级核心路由器的接入路由器， 上级核心路由器， 经过防火墙汇入数据中心， 数 据中心用于展示、 计算、 优化电力系统碳排放数 据。 本发明可以显示当前电力节 点及某一区域的 碳排放基本信息。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115425763 A 2022.12.02 CN 115425763 A 1.一种电力碳排放计量装置， 其特征在于： 装置的外围硬件包括基于ESW5610国产安全 芯片的核心处理器、 交流电压采集模块、 交流电流采集模块、 网络通信模块、 串口通信模块、 数据存储模块、 交流电源模块及人机交互模块， 核心处理器通过软件实现各模块信息交互； 软件设计采用国产L INUX操作系统， 实现电力系统碳 排放和碳流量的记录、 存 储和远传； 所述网络通信模块， 用于实现基于TCP/IP  的网络通信； 所述交流电压采集模块， 用于采集电压， 电压值用于计算电力碳排放计量装置所在节 点功率， 其采用C HV‑50P电压传感器， 其输出电压为 ‑3V~3V； 所述交流电流采集模块， 用于采集电流， 电流值用于计算电力碳排放计量装置所在节 点功率， 其采用DT ‑50P电流传感器， 其输出电流 为4~20mA； 所述串口通信模块， 用于支持与电力系 统中串口通信的设备互联， 支持RS ‑232串口通 信； 所述核心处理器， 用于实现对电力负荷的采集， 并通过负荷采集计算电力碳排放量， 其 采用ATT70系列芯片作为电力负荷采集芯片， 核心处理器采用STM32， 并包含相关串口通信 芯片； 所述人机交互模块， 用于通过触摸屏以及开关按钮和指示灯来实现装置与操作者的互 动； 通过屏幕显示电力节点 碳排放量以及碳的流向信息； 所述数据存储模块， 用于实现本地存储对应电力节点的相关数据， 采用单硬盘存储和 多硬盘存储， 可扩展到 64TB的容 量； 所述交流电源 模块， 用于给电力碳 排放计量装置供电， 可接2 20V交流电。 2.一种分层分布式的电力系统碳排放计量系统， 其特征在于： 包括电力碳排放计量装 置、 接入交换机、 接入路由器、 核心路由器、 防火墙和数据中心， 其中电力碳排放计量装置采 用权利要求1所述的电力碳排放计量装置； 电力碳排放计量装置在整个电力系统的所有电 力节点中均分布使用； 一个 或者多个电力碳排放计量装置通过接入交换机或者接入路由器 汇聚接入上一级的核心路由器； 同级核心路由器为上一级的核心路由器的接入路由器， 上 级核心路由器， 经过防火墙汇入数据中心， 数据中心用于展示、 计算、 优化电力系统碳排放 数据。 3.根据权利要求2所述的分层分布式的电力系统碳排放计量系统， 其特征在于： 该电力 系统碳排放计量系统， 用于对电力节点电力碳 排放计量， 具体为： 计量装置节点的碳 排放量速率用C表示， 单位是kgCO2/s                                     （1） 其中， F表示 碳排放总量， t 表示时间 碳排放密度为：                                       （2） 其中， P表示有功 功率， P=UI， U和I分别为电压采集模块和电流采集模块的测定数据； 碳随电能量 流动的碳势能为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115425763 A 2                                    （3） 其中， ,  表示支路编号， N表示该节点有N个支路； 设定电力碳排放计量装置处在一个有N个节点的电网拓扑， 拓扑中K个节点发出有功， M 个节点消耗有功， 则节点 碳势能为：                                 （4） 其中， ， 表示支路编号， N表示该节点有N个支路， 表示第s支路的碳流密度； 表示第s支路的潮流分布矩阵， 为N阶方阵； 表示第s支路有功发出矩阵， 为K*N阶矩 阵； 为有功节点碳排放强度， 有功发出对各节点注入的碳势能为： （5） 其中， 为有功节点 碳排放强度向量； 网络中各节点注入碳势为 ， 其中 为各支路对各节点注入的碳势 带负荷的节点 碳势为  ， 为对角阵 支路碳流矩阵为 负荷碳流密度为 ， 为负荷矩阵为M *N阶矩阵； 碳排放计量装置中对本节点 碳排放速率计算 为： C=P*e                                           （6） 根据式 （1） 得：                                        （7） 。 4.根据权利要求3所述的分层分布式的电力系统碳排放计量系统， 其特征在于： 该电力 系统碳排放计量系统， 用于实现碳 排放分段计费， 具体为： 本系统对于电力用户 侧采用分时计量算法； 根据电网不同时间供电压力不同时间段， 时段 由电力管理部门规定， i=1,2,3,4 …,i∈N+， 则：                                  （8） 其中， F表示 碳排放总量； 的计算公式为：                                   （9）权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115425763 A 3