33节点配电网节点碳势可视化分析程序功能说明

程序概述

本程序基于MATPOWER电力系统分析工具包，实现了对33节点配电网的潮流计算、节点碳势分析和结果可视化功能。程序通过分布式电源碳排放因子追踪，计算得到各节点的碳势分布，并以图形化方式展示配电网拓扑结构和碳势空间分布。

核心功能模块

1. 数据准备与潮流计算

[results, success] = rundcpf('case33_gai');

• 调用MATPOWER进行33节点系统的直流潮流计算
• 使用改进的case33_gai数据文件，包含4个分布式电源配置

2. 支路功率流向分析

IJ = results.branch(:,F_BUS:T_BUS);
P_B_IJ = results.branch(:,PF);

• 提取支路的首末端节点信息
• 获取各支路的有功功率潮流
• 根据功率方向确定支路功率的正负号

3. 功率矩阵构建

支路功率矩阵P_B：33×33矩阵，记录节点间的功率传输关系

if P_B_IJ(l) >= 0
    P_B(IJ(l,1),IJ(l,2)) = P_B_IJ(l);
else
    P_B(IJ(l,2),IJ(l,1)) = -P_B_IJ(l);
end

发电机功率矩阵P_G：4×33矩阵，记录各分布式电源的注入功率

for k = 1:K
    n = results.gen(k,GEN_BUS);
    P_G(k,n) = results.gen(k,PG);
end

负荷功率矩阵P_L：30×33矩阵，记录各节点的负荷功率

节点净功率矩阵P_N：33×33对角矩阵，表示各节点的功率平衡

P_N = diag(P_Nii);

4. 节点碳势计算

E_G = [225 525 525 875]';  % 分布式电源碳排放因子 (gCO2/kWh)
E_N = pinv(P_N - P_B') * P_G' * E_G;  % 节点碳势计算

• 采用伪逆矩阵方法求解节点碳势
• 基于功率分配原理追踪碳排放流

5. 碳排放流计算

支路碳流率R_B：

R_B = P_B' * diag(E_N) / 1e3;  % 单位: tCO2/h

负荷碳流率R_L：

R_L = P_L_N .* E_N / 1e3;

6. 可视化展示

网络拓扑绘制：

• 使用digraph构建有向图
• 采用force布局算法自动排列节点
• 手动调整节点坐标以获得更好的可视化效果

碳势分布着色：

scatter(p.XData, p.YData, sz, E_N, 'filled');

• 节点颜色映射反映碳势数值
• 分布式电源节点单独标注显示
• 颜色标尺范围设定为225-400 gCO2/kWh

图形标注：

• 节点编号标注
• 分布式电源标识
• 碳势颜色标尺

数据文件说明

case33_gai.m

基于Baran & Wu的33节点标准测试系统改进：

• 系统基准：10MVA，12.66kV
• 分布式电源：在节点1、4、16、23处接入
• 支路数据：32条支路的电阻电抗参数
• 负荷数据：33个节点的有功无功负荷

算法特点

1. 功率方向识别：通过支路功率正负判断实际功率流向
2. 矩阵求解：使用伪逆处理功率-碳势关系方程组
3. 碳流追踪：基于网络拓扑的碳排放流分配计算
4. 可视化集成：将计算结果与网络拓扑紧密结合展示

输出结果

• E_N：33维节点碳势向量 (gCO2/kWh)
• R_B_IJ：支路碳流率向量 (tCO2/h)
• R_L：负荷碳流率向量 (tCO2/h)
• 可视化图形：包含碳势分布的网络拓扑图

本程序完整实现了从潮流计算到碳势分析再到结果可视化的全流程，为配电网碳排放分析提供了有效的工具和方法。