CN103439572A - 基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，包括以下步骤：1）根据光伏电站微气象站提供的气象数据和光伏电池参数信息计算光伏电池理论输出功率曲线；2）综合考虑影响光伏发电并网输出功率的因素预测光伏发电并网功率；3）预测的光伏并网功率与光伏发电计量电表上传的功率比较，判定功率是否异常；4）通过异常信息统计判定可能存在窃电的光伏计量电表，进行防窃电监测。本发明克服了目前分布式光伏发电存在的窃电及监管难问题，提高了光伏发电功率预测准确度，光伏功率异常判定准确性高。

Description

基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法

技术领域

本发明涉及光伏发电及其防窃电技术领域，特别是适用于分布式光伏发电的防窃电监测。 

背景技术

光伏发电是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。分布式光伏发电在国家能源发展战略和国家电网公司的大力支持下快速发展。由于分布式光伏发电的入网门槛较低，以及国家度电补贴政策的利润诱惑，有可能存在不法的分布式光伏项目业主为骗取补贴，自行更改接线，造成光伏电能计量表虚高的情况。 

分布式光伏电压等级低、容量小、分布广、就地消纳等特点，分布式光伏的窃电方式多，窃电实现难度低。光伏防窃电与传统的防窃电不同，不是防从电网窃电，而是防光伏电能计量表虚高。另外传统的防窃电方式多集中在电能计量表本身的防护，每个电能计量表都需安装防窃电装置，工程量大，且效果不好。因此，目前的防窃电方法不能适用于分布式光伏发电系统的防窃电。 

发明内容

针对目前分布式光伏发电存在的窃电及监管难问题，本发明目的是在于提供了一种基于光伏发电预测的防窃电监测方法，提高光伏发电功率预测准确度，光伏功率异常判定准确性高。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，其特征在于， 

其方法包括以下步骤： 

1）根据光伏电站微气象站提供的气象数据和光伏电池参数信息，计算光伏电池输出功率曲线；光伏电池板参数包括短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大工作点电流I_m、最大工作点电压V_m； 

在标准状态下光伏电池的光伏电池输出功率曲线表达式为： 

$\begin{array}{c}I=I_{\mathrm{sc}}-C_1{I}_{\mathrm{sc}}\left\{\exp \right[\frac{V}{C_2{V}_{\mathrm{oc}}}]-1\}\\ P=V(I_{\mathrm{sc}}-C_1{I}_{\mathrm{sc}}\{\exp \left[\frac{V}{C_2{V}_{\mathrm{oc}}}\right]-1\left\}\right)\end{array}---\left(1\right)$

其中，C₁，C₂为待定系数，在最大功率点处C₁，C₂公式为， 

$\begin{array}{c}{C}_1=(1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{sc}}})\exp \left(\frac{{-V}_m}{C_2{V}_{\mathrm{oc}}}\right)\\ C_2=(\frac{V_m}{V_{\mathrm{oc}}}-1){\left[\ln (1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{sc}}})\right]}^{-1}\end{array}---\left(2\right)$

已知电池参数I_sc、V_oc、I_m和V_m，则C₁和C₂为常数，代入式（1）可得光伏电池的I-V曲线和P-V曲线； 

当温度和光照强度变化时，重新估算新状态下的电池板参数包括短路电流I_sc-new、开路电压V_oc-new、最大工作点电流I_m-new、最大工作点电压V_m-new，再通过式（1）（2）计算光伏电池I-V曲线和P-V曲线； 

2）根据影响光伏发电并网输出功率的因素预测光伏发电并网功率；光伏功率预测需要影响光伏发电并网输出功率的因素，对光伏发 电的理论功率进行功率预测拟合； 

3）预测的光伏并网功率与光伏发电计量电表上传的功率比较，判定功率是否异常； 

4）通过异常信息统计判定可能存在窃电的光伏计量电表，进行防窃电监测。 

进一步的，所述步骤1）中，光伏发电微气象站实时采集气象参数，并每分钟发送1个气象参数包至光伏防窃电监测系统； 

进一步的，所述步骤2）中，影响光伏发电并网输出功率的因素包括光伏电池损失η₁、逆变器损耗η₂和交流侧并网损耗η₃； 

所述光伏电池损失η₁包括电池温度特性损失η_{电池温度特性}、组件匹配性损失η_{组件匹配性}、光伏组件表面积灰损失η_{光伏组件表面积灰}、光伏电池本身老化损失η_{光伏电池本身老化}和直流线损η_直流线损。 

逆变器损耗η₂包括最大功率跟踪能量损失η_{最大功率跟踪}和逆变过程损失η_逆变损失； 

交流侧并网损耗η₃是指逆变器出口至并网点之间的交流损耗，其包括交流线路损耗η_交流线损和变压器损耗η_变压器，有无变压器应由并网电压等级而定；其中， 

η₁＝η_{电池温度特性}×η_{组件匹配性}×η_{光伏组件表面积灰}×η_{光伏电池老化}×η_直流线损

η₂＝η_{最大功率跟踪}×η_逆变损失。 

η₃＝η_交流线损×η_变压器

进一步的，所述步骤3）中，光伏发电功率异常根据光伏计量功率与光伏预测功率相比较判定，并统计功率异常信息； 

当光伏计量功率大于光伏预测功率10%时判定光伏发电功率偏 大，当光伏计量功率小于光伏预测功率10%时判定光伏发电功率偏小，光伏发电功率偏大和偏小均属于光伏发电功率异常。 

进一步的，所述步骤4）中，防窃电监测是根据光伏发电功率异常统计信息判断可能存在的光伏窃电。 

与现有技术相比，本发明的显著优点是： 

1）光伏发电功率预测准确，光伏功率异常判定准确性高； 

2）依据统计数据的窃电判定可信度高； 

3）防窃电监测方法实用性高，监测效果好，有极大的推广应用价值。 

附图说明

图1为基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法总体结构图； 

图2为光伏发电功率预测流程图； 

图3为光伏发电功率异常判定流程图； 

图4为光伏发电窃电判定流程图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。 

如图1所示，本发明的一种基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，包括下述步骤： 

1）根据光伏发电微气象站提供的气象数据和光伏电池参数信息计算光伏电池输出功率曲线。光伏发电微气象站包含太阳总辐射表、 组件温度计、含微型百叶箱的温湿度计、超声波风速风向仪、大气压传感器等，微气象站实时采集太阳辐射量、组件温度等气象参数，并每分钟发送1个气象参数包至光伏防窃电监测系统。 

光伏电池板参数包括短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大工作点电流I_m、最大工作点电压V_m（光谱AM:1.5，光照强度S_b＝1000W/m²，电池温度T_b＝25℃条件下，此状态称为标准状态）。 

在标准状态下光伏电池的I-V表达式为： 

$\begin{array}{c}I=I_{\mathrm{sc}}-C_1{I}_{\mathrm{sc}}\left\{\exp \right[\frac{V}{C_2{V}_{\mathrm{oc}}}]-1\}\\ P=V(I_{\mathrm{sc}}-C_1{I}_{\mathrm{sc}}\{\exp \left[\frac{V}{C_2{V}_{\mathrm{oc}}}\right]-1\left\}\right)\end{array}---\left(1\right)$

其中，C₁，C₂为待定系数，在最大功率点处有， 

$\begin{array}{c}{C}_1=(1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{sc}}})\exp \left(\frac{{-V}_m}{C_2{V}_{\mathrm{oc}}}\right)\\ C_2=(\frac{V_m}{V_{\mathrm{oc}}}-1){\left[\ln (1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{sc}}})\right]}^{-1}\end{array}---\left(2\right)$

已知电池参数I_sc、V_oc、I_m和V_m，则C₁和C₂为常数，代入式（1）可得光伏电池的I-V曲线和P-V曲线。 

当温度和光照强度变化时，重新估算新状态下的电池板参数包括短路电流I_sc-new、开路电压V_oc-new、最大工作点电流I_m-new、最大工作点电压V_m-new，再用式（1）（2）计算光伏电池I-V曲线和P-V曲线。 

光伏逆变器采用最大功率跟踪控制算法寻找光伏最佳的功率输出工作点，使得光伏在任何气象条件下都能输出最大功率，因此取光伏电池P-V曲线上的功率最大值作为光伏发电理论功率。 

2）综合考虑影响光伏发电并网输出功率的因素预测光伏发电并 网功率。光伏功率预测需要考虑光伏电池板的性能、光伏逆变器的性能和损耗等因素的影响，对光伏发电的理论功率进行功率预测拟合。实际光伏发电功率预测拟合时，考虑的影响因素主要包含三个部分：光伏电池损失、逆变器损耗和交流侧并网损耗。 

光伏电池损失主要是光伏电池在能量转换过程的损失，包括电池温度特性、组件匹配性、光伏组件表面积灰、光伏电池本身老化和直流线损。逆变器损耗包括最大功率跟踪能量损失和逆变过程损失。交流侧并网损耗是指逆变器出口至并网点之间的交流损耗，包括交流线路损耗和变压器损耗，有无变压器应由并网电压等级而定。 

η₁＝η_{电池温度特性}×η_{组件匹配性}×η_{光伏组件表面积灰}×η_{光伏电池老化}×η_直流线损

η₂＝η_{最大功率跟踪}×η_逆变损失      （3） 

η₃＝η_交流线损×η_变压器

式（3）是影响光伏电池功率的三个主要方面因素，那么光伏实际发电功率预测拟合系数计算及光伏发电预测功率如式（4）（5）所示： 

η＝η₁×η₂×η₃      （4） 

P_预测＝P_理论*η      （5） 

其中，η₁为光伏电池效率，η₂为逆变器效率，η₃为并网效率，η为预测功率拟合系数，P_预测是光伏预测功率，P_理论是光伏理论功率。 

下表为本实施例的光伏功率预测拟合参数； 

功率(kW)	拟合系数η
		1e-6	0
1.030	0.7847

[0059] 

2.411	0.8376
		4.586	0.8613
8.078	0.8695
		12.045	0.8741
18.456	0.8747
		25.523	0.8750
28.455	0.8714

3）预测的光伏并网功率与光伏发电计量电表上传的功率比较，判定功率是否异常。光伏发电功率输出变化缓慢，具有分钟级功率比较稳定的特点，因此每分钟的光伏计量功率和光伏预测功率两者是在实际光伏的运行状态上是同步的。光伏发电计量电表是安装在光伏逆变器出口的光伏发电量结算电表，该表上传的光伏功率就是计量光伏发电量的功率。光伏发电功率异常根据光伏计量功率与光伏预测功率相比较判定，当光伏计量功率大于光伏预测功率10%时判定光伏发电功率偏大，当光伏计量功率小于光伏预测功率10%时判定光伏发电功率偏小，光伏发电功率偏大和偏小均属于光伏发电功率异常。 

4）通过异常信息统计判定可能存在窃电的光伏计量电表，进行防窃电监测。光伏防窃电监测保存光伏的气象信息、光伏计量功率、 光伏预测功率和光伏功率异常统计数据。光伏功率异常数据分功率偏大、功率偏小和功率异常3种，按光伏计量表编号分类统计，统计数据是管理和维护分布式光伏发电的重要参考数据。当每天统计的光伏计量表的功率偏大异常点超过100个，则将该光伏计量表列入可能存在光伏窃电表，作为光伏窃电监察的重要依据。 

本发明经实际应用，通过上述方法光伏发电功率预测准确，光伏功率异常判定准确性高；依据统计数据的窃电判定可信度高；防窃电监测方法实用性高，监测效果好，有极大的推广应用价值。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，其特征在于， 

其方法包括以下步骤： 

1）根据光伏电站微气象站提供的气象数据和光伏电池参数信息，计算光伏电池输出功率曲线；光伏电池板参数包括短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大工作点电流I_m、最大工作点电压V_m； 

在标准状态下光伏电池的光伏电池输出功率曲线表达式为： 

其中，C₁，C₂为待定系数，在最大功率点处C₁，C₂公式为， 

已知电池参数I_sc、V_oc、I_m和V_m，则C₁和C₂为常数，代入式（1）可得光伏电池的I-V曲线和P-V曲线； 

当温度和光照强度变化时，重新估算新状态下的电池板参数包括短路电流I_sc-new、开路电压V_oc-new、最大工作点电流I_m-new、最大工作点电压V_m-new，再通过式（1）（2）计算光伏电池I-V曲线和P-V曲线； 

2）根据影响光伏发电并网输出功率的因素预测光伏发电并网功率；光伏功率预测需要影响光伏发电并网输出功率的因素，对光伏发电的理论功率进行功率预测拟合； 

3）预测的光伏并网功率与光伏发电计量电表上传的功率比较，判定功率是否异常； 

4）通过异常信息统计判定可能存在窃电的光伏计量电表，进行防窃电监测。 

2.根据权利要求1所述的基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，其特征在于，所述步骤1）中，光伏发电微气象站实时采集气象参数，并每分钟发送1个气象参数包至光伏防窃电监测系统。 

3.根据权利要求1所述的基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，其特征在于，所述步骤2）中，影响光伏发电并网输出功率的因素包括光伏电池损失η₁、逆变器损耗η₂和交流侧并网损耗η₃； 

所述光伏电池损失η₁包括电池温度特性损失η_{电池温度特性}、组件匹配性损失η_{组件匹配性}、光伏组件表面积灰损失η_{光伏组件表面积灰}、光伏电池本身老化损失η_{光伏电池本身老化}和直流线损η_直流线损。 

逆变器损耗η₂包括最大功率跟踪能量损失η_{最大功率跟踪}和逆变过程损失η_逆变损失； 

交流侧并网损耗η₃是指逆变器出口至并网点之间的交流损耗，其包括交流线路损耗η_交流线损和变压器损耗η_变压器，有无变压器应由并网电压等级而定；其中， 

η₁＝η_{电池温度特性}×η_{组件匹配性}×η_{光伏组件表面积灰}×η_{光伏电池老化}×η_直流线损

η₂＝η_{最大功率跟踪}×η_逆变损失

η₃＝η_交流线损×η_变压器。

4.根据权利要求1所述的基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，其特征在于，所述步骤3）中，光伏发电功率异常根据光伏计量功率与光伏预测功率相比较判定，并统计功率异常信息； 

当光伏计量功率大于光伏预测功率10%时判定光伏发电功率偏大，当光伏计量功率小于光伏预测功率10%时判定光伏发电功率偏小，光伏发电功率偏大和偏小均属于光伏发电功率异常。 

5.根据权利要求1所述的基于光伏发电功率预测的防窃电监测方法，其特征在于，所述步骤4）中，防窃电监测是根据光伏发电功率异常统计信息判断可能存在的光伏窃电。 

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