CN105139275A - 一种建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建立基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，根据分布式光伏电站的建设情况，确定该电站装机容量；结合装机容量、环境条件以及往年的发电量对该分布式光伏电站年发电量进行预估；分析不同的光伏窃电方法的设备组成及运行模式；计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的成本构成，建立不同光伏窃电运营模式下的全寿命周期总成本模型。计算光伏发电在不同窃电运营模式下的窃电总收入。最后建立不同窃电运营模式下的收益比模型。通过上述方法建立的模型，可以计算出不同窃电方式、不同窃电运行模式下的盈利情况，推测出较大可能性出现的窃电方式，为进一步针对这种窃电方式进行窃电识别技术的开发和运行监管提供依据。

Description

一种建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法

技术领域

本发明涉及一种基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价方法，属于光伏防窃电技术领域。

背景技术

光伏发电是应对化石能源危机和环境问题的重要手段。随着我国光伏发电补贴的提高，我国分布式光伏发电急剧增加。由于用户所获得的收益取决于光伏发电量，所以可能出现用户通过技术手段使光伏发电计量表多计量发电量的光伏窃电行为。光伏窃电行为不仅会扰乱光伏发电市场，造成国家的财政损失，还会因用户私改接线路给电网带来巨大安全隐患。

从现有研究来看，国内外对光伏发电的研究主要集中在光伏补贴政策、发电投资效益、功率预测、窃电识别方法等，查阅文献所及，尚未见到对光伏窃电的成本效益进行分析。不同窃电方式的经济性会影响光伏窃电行为，在研究光伏窃电识别方法前，需要先对窃电方式及其可能性进行分析。分析光伏窃电方式的成本效益，可以评估不同窃电方式出现的可能性，为窃电识别技术的开发和运行监管提供参考。

收益/成本(benefit/cost，B/C)方法是一种用户角度的投资决策方法，在电力系统的光伏发电投资、电动汽车投资、配电网投资、需求侧响应策略制定、微电网投资等方面得到了广泛的应用。光伏窃电的投资类似于光伏发电投资，用户会选择收益最大的窃电方式进行投资。因此，本文针对分布式光伏发电的并网特点，总结分布式光伏发电的典型窃电方式和窃电运行模式，综合考虑并网方案、补贴政策等因素，提出一种采用全寿命周期收益/成本方法评价窃电方案经济性的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于B/C法建立的分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据分布式光伏电站的建设情况，确定该电站装机容量；结合装机容量、环境条件以及往年的发电量对该分布式光伏电站年发电量进行预估；根据分布式光伏的负荷特性，预估负荷总量和空间负荷分布；

步骤2：分析不同的光伏窃电方法的设备组成及运行模式；

步骤3：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的光伏窃电设备的初期投资成本；

步骤4：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电被识别的风险成本；

步骤5：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电设备运行维护成本；

步骤6：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的能量损耗成本；

步骤7：根据光伏窃电设备的初期投资成本、窃电被识别的风险成本、窃电设备的运行维护成本和能量损耗成本，建立光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电全寿命周期总成本模型；

步骤8：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电总收入；

步骤9：根据窃电总收入与窃电全寿命周期总成本，建立光伏窃电在不同窃电运营模式下的收益比模型。

所述步骤2中，光伏窃电方法包括：1)升压法、升流法窃电；2)光伏模拟器法窃电；3)市电改接法窃电。

所述步骤2中，根据采用的电能表的不同，光伏窃电运行模式分别为：1)对智能电表用户，窃电运行模式为光照控制模式，采用光照传感器监测光照情况，在光照较小时切除窃电支路，使夜间发电量恢复正常；2)对普通电表用户，窃电模式为无光照控制模式，夜间持续窃电。

窃电运营模式包括光伏窃电方法和光伏窃电运行模式。

步骤3中，光伏窃电设备的初期投资成本为：

C_E＝K_SS_C

式中，K_S为单位窃电设备容量成本；S_C为窃电设备的容量。

所述步骤4中，窃电被识别的风险成本为：

C_R＝PR

式中，P为窃电行为被识别的概率；R为窃电罚款。

所述步骤5中，窃电设备的年运行维护成本为：

C_M＝mC_E

式中，m为光伏窃电的年运行维护率，C_E为光伏窃电设备的初期投资成本。

所述步骤6中，光伏窃电的能量损耗成本为：

C_L＝lA_CK_L

式中，l为光伏窃电的能量损耗比；A_C为窃电设备的年窃电量，K_L为电价。

所述步骤7中，光伏窃电的全寿命周期总成本模型为：

C＝C_E+C_R+(C_M+C_L)N

C_E为光伏窃电设备的初期投资成本，C_R为窃电被识别的风险成本，C_M为窃电设备的年运行维护成本，C_L为能量损耗成本，N为窃电年限。

光伏窃电在不同窃电运营模式下的收益比模型为：

Y＝B/C

B为窃电总收入，C为窃电全寿命周期总成本；

其中，B＝d×A_C×N

d为光伏补贴电价，A_C为窃电设备的年窃电量，N为窃电年限。

本发明所达到的有益效果：

本发明提供的基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价，通过上述方法和模型，可以计算出不同窃电方式、不同窃电运行模式下的盈利情况，从而推测出具有较高成本效益比的窃电方式，可以评估不同窃电方式出现的可能性，为进一步针对较大可能性出现的窃电方式进行窃电识别技术的开发和运行监管提供依据。

附图说明

图1是分布式光伏电站并网发电原理图。

图2是基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价流程图。

图3是光伏发电出力和用电负荷曲线。

图4是四季典型日光伏出力和负荷曲线。

图5是两种窃电运行模式下不同窃电方式的B/C值。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。

如图2，为基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价流程图。本发明的功能主要是以分布式光伏窃电为基础，首先确定光伏电站装机容量；再对该分布式光伏电站年发电量进行预估；接着预估负荷总量和空间负荷分布。分析典型光伏窃电方法；列出备选的光伏窃电运行模式。并对三种典型光伏窃电方法和两种光伏窃电运行模式进行分析。明确不同光伏窃电运营模式下的边界条件和计算参数。计算光伏窃电在不同窃电运行模式下的光伏窃电设备的初期投资成本、窃电被识别的风险成本、运行维护成本和能量损耗成本四个部分；进而得出不同光伏窃电运营模式下的全寿命周期总成本。计算光伏发电在不同窃电运营模式下的窃电总收入。计算不同窃电运营模式的总收益与总成本的比值。最后分析每种方案的盈亏情况，得到可能的窃电方式。

本发明提供一种基于B/C法建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据分布式光伏电站的建设情况，确定该电站装机容量；结合装机容量、环境条件以及往年的发电量对该分布式光伏电站年发电量进行预估；根据分布式光伏的负荷特性，预估负荷总量和空间负荷分布。

步骤2：分析典型光伏窃电方法，明确不同窃电方法的设备组成。列出备选的光伏窃电运行模式，分析每种运行模式的可行性及优缺点。

我国分布式光伏发电原理如图1所示。光伏电池阵列将太阳能转换成电能输出直流电，经过逆变器输出工频交流电，一部分电能供本地交流负载使用，一部分电能并网发电，光伏计量表记录光伏电站发出的电能，关口电表记录用户从公共电网获取和输出到公共电网的电能。

光伏窃电的方式可以分为两类，一类是借助于设备，提高光伏计量表输入端的电流；另一类是直接将市电接入光伏计量表，增加光伏电表的测量值。具体可以有以下三种典型的光伏窃电方式。

1)升压法、升流法窃电

升压法窃电的原理是在光伏计量表的两端附加一个升压变压器，其产生一个较大的注入电流，使流入光伏计量表的电流增加，从而达到增大光伏计量表数值的目的。

升流法窃电的原理是在光伏计量表的两端附加一个升流变压器，产生一个较大的注入电流，增加了流入光伏计量表的电流，从而多计发电量。

这两种方法原理类似，窃电的成本和收益也类似，在后续的分析中两种方法合为一类分析。

2)光伏模拟器法窃电

光伏模拟器法的原理是利用光伏模拟器将市电整流成直流，并联于光伏发电系统的直流侧，经过光伏逆变器转化成交流电上网。这种窃电方式可以设置光伏模拟器输出特性，跟踪真实光伏电板输出，甚至可不安装光伏电池板，直接模拟光伏电板输出，冒充光伏电池组件发电。

3)市电改接法窃电

市电改接法的原理是将市电进线直接接入光伏计量表，此时光伏电表的计量数据为负载的耗电量。这种窃电方式在负荷用电量大于光伏发电量时，能够骗取补贴，特别是在无光照时，用户可将负载用电量全部计为光伏发电量；当负载用电量小于光伏发电量时，光伏计量表数据会小于光伏发电量，用户将只能获得部分补贴。

由于夜间光伏发电量为零，对于安装了智能电表的用户，电网公司可以通过夜间光伏发电量的情况判断是否存在窃电行为；而没有安装智能电表的用户，则难以识别。所以，根据采用两种电能表的用户会采用两种光伏窃电运行模式：

1)对智能电表用户，窃电运行模式为光照控制模式，采用光照传感器监测光照情况，在光照较小时切除窃电支路，使夜间发电量恢复正常；

2)对普通电表用户，窃电模式为无光照控制模式，不采用光照传感器，夜间也持续窃电。

步骤3：明确不同光伏窃电运营模式下的边界条件和计算参数，如补贴政策、收购电价等。

步骤4：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的光伏窃电设备的初期投资成本。

光伏窃电的初期窃电设备投资费用与其窃电设备容量成正比，初期投资费用为：

C_E＝K_SS_C(1)

式中，K_S为单位窃电设备容量成本；S_C为窃电设备的容量。

1)升压升流法光伏窃电设备的初期投资成本为：

C_E1＝K_S1S_C(1-1)

式中，K_S1为升压升流法单位窃电设备容量成本。

2)光伏模拟器法光伏窃电设备的初期投资成本为：

C_E2＝K_S2S_C(1-2)

式中，K_S2为光伏模拟器法单位窃电设备容量成本。

3)市电改接法光伏窃电设备的初期投资成本为：

C_E3＝K_S3S_C(1-3)

式中，K_S3为市电改接法单位窃电设备容量成本。

步骤5：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电被识别的风险成本。

对被识别的窃电行为，将会被处以高额的罚款。光伏窃电的识别风险成本：

C_R＝PR(2)

式中，P为窃电行为被识别的概率；R为窃电罚款。

根据《中华人民共和国电力法》的规定，对窃电行为的罚款按照窃电金额的三倍罚款，窃电量按窃电设备容量每天工作12小时，窃电180天估算。对升流法、升压法和光伏模拟器法，窃电的罚款为：

R₁₂＝2160S_CK_L(3)

式中，K_L为电价。

对市电改接法，窃电的罚款为：

$R_3=180\underset{0}{\overset{24}{\∫}}{A}_{1i}\left(t\right)K_{L}dt---\left(4\right)$

式中，A_li(t)为负载的实时用电量。

1)升压升流法窃电被识别的风险成本为：

C_R1＝P₁R₁₂(2-1)

式中，P₁为升压升流法窃电行为被识别的概率。

2)光伏模拟器法窃电被识别的风险成本为：

C_R2＝P₂R₁₂(2-2)

式中，P₂为光伏模拟器法窃电行为被识别的概率。

3)市电改接法窃电被识别的风险成本为：

C_R3＝P₃R₃(2-3)

式中，P₃为市电改接法窃电行为被识别的概率。

步骤6：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的运行维护成本。

光伏窃电设备的年运行维护费用与窃电设备有关，可以表示为：

C_M＝mC_E＝mK_SS_C(5)

式中，m为光伏窃电的年运行维护率。

1)升压升流法的运行维护成本为：

C_M1＝m₁K_S1S_C(3-1)

式中，m₁为升压升流法光伏窃电的年运行维护率。

2)光伏模拟器法的运行维护成本为：

C_M2＝m₂K_S2S_C(3-2)

式中，m₂为光伏模拟器法光伏窃电的年运行维护率。

3)市电改接法的运行维护成本为：

C_M3＝m₃K_S3S_C(3-3)

式中，m₃为市电改接法光伏窃电的年运行维护率。

步骤7：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的能量损耗成本。

光伏窃电的窃电能量损耗与窃电量相关，窃电能量损耗费用为：

C_L＝lA_CK_L(6)

式中，l为光伏窃电的能量损耗比；A_C为窃电设备的年窃电量，K_L为电价。

不同窃电方式和窃电运行模式下的窃电量有很大差别。

1)升压升流法的窃电量与发电量无关，与窃电设备容量和窃电时间有关，其年窃电量为：

$A_{C1}=\underset{i=1}{\overset{365}{\Σ}}{S}_C{t}_i---\left(4\right)$

式中，ti为日窃电小时数，对无光照控制的模式，为24小时；对有光照控制的模式，分别为控制开关开启和闭合的时间。

则升压升流法的能量损耗成本为：

C_L1＝l₁A_C1K_L(4-1)

式中，l₁为升压升流法光伏窃电的能量损耗比。

2)光伏模拟器法能够跟踪光伏的输出，类似于增加了一部分光伏容量，其年窃电量为：

$A_{C2}=\underset{i=1}{\overset{365}{\Σ}}\frac{S_C}{S_Y}{A}_{gi}---\left(5\right)$

其中，S_Y为光伏电站装机容量；A_gi为光伏电站日发电量。

则光伏模拟器法的能量损耗成本为：

C_M2＝m₂K_S2S_C(4-2)

3)市电改接法的窃电量与发电量和负荷有关，发电机出力和负荷曲线如图3所示。当负荷量大于光伏发电量时，光伏计量表能够多计电能，当负荷量小于光伏发电量时，光伏计量表只能计量负荷使用的电量，多余的上网电量无法获取补贴。市电改接法窃电量为：

$A_{C3}=\underset{i=1}{\overset{365}{\Σ}}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\left(A_{1i}\right(t)-A_{gi}(t\left)\right)dt---\left(6\right)$

其中，A_li(t)为负载的实时用电量；A_gi(t)为光伏的实时发电量；t₁，t₂分别为窃电的起止时间，对无光照控制的模式，分别为0点和24点；对有光照控制的模式，分别为控制开关开启和闭合的时间。

则市电改接法的能量损耗成本为：

C_M3＝m₃K_S3S_C(4-3)

步骤8：计算不同光伏窃电运营模式下的全寿命周期总成本。

光伏窃电的总成本为：

C＝C_E+C_R+(C_M+C_L)N(10)

具体每种窃电方式的总成本并不一致，如下：

1)升压升流法总成本为:

C₁＝K_S1S_C+P₁R₁₂+(m₁K_S1S_C+l₁A_C1K_L)N(11)

2)光伏模拟器法总成本为:

C₂＝K_S2S_C+P₂R₁₂+(m₂K_S2S_C+l₂A_C2K_L)N(12)

式中，l₂为光伏模拟器法光伏窃电的能量损耗比。

3)市电改接法总成本为:

C₃＝K_S3S_C+P₃R₃+(m₃K_S3S_C+l₃A_C3K_L)N(13)

式中，l₃为市电改接法光伏窃电的能量损耗比。

上式中，N为窃电年限。

步骤9：计算光伏发电在不同窃电运营模式下的窃电总收入。

由于光伏窃电只能在光伏计量表中虚增电流，不能增加关口表的测量数值，光伏窃电的收益为虚增窃电量产生的收益。光伏窃电总收益为：

B＝d×A_C×N(14)

式中，d为光伏补贴电价；N为窃电年限。

步骤10：计算不同窃电运营模式的总收益与总成本的比值。

具体为：

Y＝B/C(15)

下面结合实例对本发明做进一步详细的描述：

本文参考文献分布式光伏发电并网的成本/效益分析，由苏剑、周莉梅、李蕊发表于《中国电机工程学报》中的分布式光伏系统数据。分布式光伏装机容量为13.4MW，所在地区总辐射年总量约1500(kw.h)/m²，年日照时间在2800h以上，年发电量为15.484GW·h。负荷为普通居民负荷，一年四季典型日光伏出力曲线和负荷曲线如图4所示。

根据分布式光伏窃电两种运行模式和三种窃电方法，形成6种光伏窃电方案，如表1所示。

表1.窃电方式和窃电运行模式的组合

光伏窃电设备寿命按10年考虑，补贴为0.7元/kW·h，窃电识别概率为50％。窃电设备的运维率、损耗率如表2所示。

表2.成本效益分析所需计算参数

根据式(1)-(15)以及(1-1)～(4-3)三种窃电方法在两种窃电运行模式下全寿命周期内总费用现值的B/C值如图5中所示。

本发明提供的基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价，针对不同分布式光伏窃电方式和窃电模式，提出了一种基于B/C法的分布式光伏窃电成本效益评价，并以实际光伏发电系统验证了本方法的有效性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行修改或补充或等同替换，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据分布式光伏电站的建设情况，确定该电站装机容量；结合装机容量、环境条件以及往年的发电量对该分布式光伏电站年发电量进行预估；根据分布式光伏的负荷特性，预估负荷总量和空间负荷分布；

步骤2：分析不同的光伏窃电方法的设备组成及运行模式；

步骤3：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的光伏窃电设备的初期投资成本；

步骤4：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电被识别的风险成本；

步骤5：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电设备运行维护成本；

步骤6：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的能量损耗成本；

步骤7：根据光伏窃电设备的初期投资成本、窃电被识别的风险成本、窃电设备的运行维护成本和能量损耗成本，建立光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电全寿命周期总成本模型；

步骤8：计算光伏窃电在不同窃电运营模式下的窃电总收入；

步骤9：根据窃电总收入与窃电全寿命周期总成本，建立光伏窃电在不同窃电运营模式下的收益比模型。

2.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：所述步骤2中，光伏窃电方法包括：1)升压法、升流法窃电；2)光伏模拟器法窃电；3)市电改接法窃电。

3.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：所述步骤2中，根据采用的电能表的不同，光伏窃电运行模式分别为：1)对智能电表用户，窃电运行模式为光照控制模式，采用光照传感器监测光照情况，在光照较小时切除窃电支路，使夜间发电量恢复正常；2)对普通电表用户，窃电模式为无光照控制模式，夜间持续窃电。

4.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：窃电运营模式包括光伏窃电方法和光伏窃电运行模式。

5.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：步骤3中，光伏窃电设备的初期投资成本为：

C_E＝K_SS_C

式中，K_S为单位窃电设备容量成本；S_C为窃电设备的容量。

6.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：所述步骤4中，窃电被识别的风险成本为：

C_R＝PR

式中，P为窃电行为被识别的概率；R为窃电罚款。

7.根据权利要求1或5所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：所述步骤5中，窃电设备的年运行维护成本为：

C_M＝mC_E

式中，m为光伏窃电的年运行维护率，C_E为光伏窃电设备的初期投资成本。

8.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：所述步骤6中，光伏窃电的能量损耗成本为：

C_L＝lA_CK_L

式中，l为光伏窃电的能量损耗比；A_C为窃电设备的年窃电量，K_L为电价。

9.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：所述步骤7中，光伏窃电的全寿命周期总成本模型为：

C＝C_E+C_R+(C_M+C_L)N

C_E为光伏窃电设备的初期投资成本，C_R为窃电被识别的风险成本，C_M为窃电设备的年运行维护成本，C_L为能量损耗成本，N为窃电年限。

10.根据权利要求1所述的建立分布式光伏窃电成本效益评价模型的方法，其特征在于：光伏窃电在不同窃电运营模式下的收益比模型为：

Y＝B/C

B为窃电总收入，C为窃电全寿命周期总成本；

其中，B＝d′A_C′N

d为光伏补贴电价，A_C为窃电设备的年窃电量，N为窃电年限。