CN105141253B - 基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光伏出力斜率的光伏窃电识别方法，根据光伏电板的装机容量和类型，计算不同太阳辐射强度、不同环境温度下光伏并网发电装置的理论输出功率；获取光伏电站测得的太阳辐射强度、环境温度以及对应的光伏电站实测功率数据；绘制实测功率随太阳辐射强度和环境温度变化的功率点，拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际直线斜率，并记录实际最大功率；在理论输出功率表上查出对应的理论功率点，拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论直线斜率，并记录理论最大功率；通过比较实际最大功率和理论最大功率，实际直线斜率和理论直线斜率，判断是否存在窃电行为。本发明的方法可以识别一类光伏窃电，减少光伏窃电的投机行为。

Description

基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法

技术领域

本发明涉及一种光伏窃电识别方法，属于电伏发电和防窃电技术领域。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，对于缓解能源紧缺、推动节能减排、保持能源供给的独立性和安全性具有重要意义。分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。由于分布式光伏发电享受的补贴主要取决于自身发电量，存在用户通过一定的窃电技术手段，获取高额补贴的风险。

分布式光伏发电具有输出功率小、分散布局、发电用电并存、就地消纳等特点。分布式光伏窃电方法多，窃电可操作性强。光伏计量表通常装设于用户内部，用户能够极为便利地通过注入附加电量实现光伏计量表超过实发电量，从而获取高额补贴。典型的窃电识别方法多集中在对光伏计量表铅封和加装电子式防窃电装置上，这样每个光伏计量表都得铅封以及安装防窃电装置，工程量大，耗资甚多，效果一般。另外，目前的防窃电方法对于虚报光伏电板数量以减小光伏电板投资为目的的窃电方式是难以识别的。因此，目前的防窃电方法不能完全适用于分布式光伏发电系统的防窃电。

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，提供一种基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，可以有效识别光伏窃电，减少光伏窃电的投机行为。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据光伏电板的装机容量和类型，计算得出不同太阳辐射强度、不同环境温度下，光伏并网发电装置的理论输出功率，并制成光伏发电的理论输出功率表；

步骤2：对实际运行的光伏电站，获取光伏电站测得的太阳辐射强度、环境温度以及不同太阳辐射强度和环境温度所对应的光伏电站实测功率数据；

步骤3：根据光伏电站的实测功率数据，绘制出实测功率随太阳辐射强度和环境温度变化的功率点，对这些功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际直线斜率，并记录实际最大功率；

步骤4：根据查表法及记录的太阳辐射强度和环境温度，在理论输出功率表上查出对应的理论功率点，再对理论功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论直线斜率，并记录理论最大功率；

步骤5：通过比较实际最大功率和理论最大功率、实际直线斜率和理论直线斜率，判断是否存在窃电行为。

所述步骤1中，根据光伏发电的理论输出功率公式或通过对未窃电光伏电站的测量，得到不同太阳辐射强度和环境温度下的未窃电时光伏发电功率，并制成光伏发电的理论输出功率表。

由于光伏发电的理论输出功率具有一定的误差，在能够获得不同太阳辐射强度和温度下未窃电光伏电站的发电量时，优先采用未窃电光伏电站测量数据。在没有未窃电光伏电站测量数据时，通过光伏发电的理论输出功率函数计算不同太阳辐射强度和温度下的光伏电站发电量。

所述步骤2中，太阳辐射强度和环境温度的采集和智能光伏计量表对实测功率数据的测量是同时进行的，所获取的某时刻的数据是对应的瞬时值。

所述步骤3中，将太阳辐射强度和环境温度数据及对应的智能光伏计量表所获取的实测功率数据输入二维的坐标平面，用最小二乘法的直线拟合方法绘制出实际功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际功率拟合的实际直线斜率。

所述步骤4中，根据所获取的太阳辐射强度和环境温度数据，在理论输出功率表上查找出对应的理论功率点，采用最小二乘法的直线拟合方法绘制出理论功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论功率拟合的理论直线斜率。

所述步骤5中,首先比较实际最大功率和理论最大功率的大小，如果实际最大功率大于理论最大功率的一设定倍数a，则判断存在窃电行为；如果实际最大功率不大于理论最大功率的该设定倍数a，再比较实际直线斜率和理论直线斜率的大小，如果实际直线斜率小于理论直线斜率的另一设定倍数b，则判断存在窃电行为；如果实际直线斜率不小于理论直线斜率的该另一设定倍数b，则判断不存在窃电行为。

这两个设定倍数a、b的大小可以根据实际运行经验整定，如可取a为1.1，b为0.9。

本发明所达到的有益效果：

本发明提供的基于光伏出力随太阳辐射强度变化斜率的光伏窃电识别方法，利用区域气象数据采集进行区域内光伏并网发电装置理论输出功率计算，将理论最大功率与实际最大功率进行对比，并将实际直线斜率和理论直线斜率进行比对，可以有效判别是否存在窃电行为。本发明完善了国网公司分布式光伏发电的计量安全能力，有利于分布式光伏发电补贴政策的实施，同时本发明成果将为分布式光伏补贴政策的落实提供保障，促进分布式光伏发电的健康发展，提升国网公司在分布式发电领域的服务水平。

附图说明

图1是依据本发明的基于光伏出力随太阳辐射强度变化斜率的光伏窃电识别方法流程图。

图2是光伏电站的光伏并网发电装置的原理图。

图3是光伏电站的光伏并网发电装置的窃电原理图。

图4是理论输出功率表。

图5是窃电时(实际)光伏出力随太阳辐射强度变化直线。

图6是未窃电时(理论)光伏出力随太阳辐射强度变化直线。

图7是依据本发明的最大功率和实际最大功率、实际直线斜率和理论直线斜率校验图。

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1，为基于光伏出力随太阳辐射强度变化斜率的光伏窃电识别方法流程图。本发明的功能主要是以分布式光伏发电为基础，根据光伏电板的装机容量和类型，可以制成光伏并网发电装置的理论输出功率表；对实际运行的光伏并网电站，获取光伏电站测得的气象采集数据及其所对应的光伏电站出力数据；根据光伏电站的实测功率数据，绘制出实际功率随太阳辐射强度变化直线，求出实际功率直线的斜率，并记录实际最大功率；根据查表法及记录的太阳辐射强度和环境温度，在理论输出功率表格上查出对应的理论功率点，绘制出理论功率随太阳辐射强度变化直线，求出理论功率直线的斜率，并记录理论最大功率；通过比较实际最大功率和理论最大功率，实际直线斜率和理论直线斜率，判断是否存在窃电行为。

本发明提供一种基于光伏出力随太阳辐射强度变化斜率的光伏窃电识别方法，包括以下步骤：

步骤1：根据光伏电板的装机容量和类型，通过光伏发电装置的理论输出功率公式或通过未窃电光伏电站测量，得到不同太阳辐射强度和温度下的未窃电时光伏发电功率，并制成光伏发电理论功率表。

由于光伏发电的理论输出功率具有一定的误差，在能够获得不同太阳辐射强度和温度下未窃电光伏电站的发电量时，优先采用未窃电光伏电站测量数据。在没有未窃电光伏电站测量数据时，通过光伏发电的理论输出功率函数计算不同太阳辐射强度和温度下的光伏电站发电量。

本文采用的光伏电板输出功率计算模型为：

P_s＝1000η₁SI(1-0.005(t+25))

式中，η₁为光伏电板转换效率；S为光伏电板的受光表面积，m²；I为太阳辐射强度，W/m²；t为环境温度，℃。

因为影响光伏并网发电装置的理论输出功率因素还包括光伏逆变器转换效率η₂和交流侧并网转换效率η₃。则光伏并网发电装置的理论输出功率为：

P_g＝1000η₁η₂η₃SI(1-0.005(t+25))

式中,η₁为光伏电板转换效率；η₂为光伏逆变器转换效率；η₃交流侧并网转换效率；S为光伏电板的受光表面积，m²；I为太阳辐射强度，W/m²；t为环境温度，℃。

步骤2：对实际运行的光伏并网电站，获取光伏电站测得的太阳辐射强度、环境温度以及不同太阳辐射强度和环境温度所对应的光伏电站的实测功率数据；

光伏并网发电装置的实际光伏出力是随太阳辐射强度和环境温度的变化而变化的，所以气象数据(包括太阳辐射强度和环境温度)的采集和智能光伏计量表对光伏出力的测量是同时进行的，所获取的某时刻的数据是对应的瞬时值。

步骤3：根据光伏电站的实测功率数据，绘制出实测功率随太阳辐射强度和环境温度变化的功率点，对实际功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际直线斜率，并记录实际最大功率；

将太阳辐射强度和环境温度数据及对应的智能光伏计量表所获取的光伏出力数据输入二维的坐标平面。用最小二乘法的直线拟合方法绘制出实际功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际功率直线拟合的斜率。

设拟合直线的方程为：

y＝A+Bx

式中A、B分别为1、x的系数。A代表截距，B代表斜率。

要根据测量数据求出最佳的A和B。对满足线性关系的一组等精度测量数据假定自变量x_i的误差可以忽略，则在同一x_i下，测量点y_i和直线上的点A+Bx_i的偏差d_i如下：

当对A和B为最小时，d₁、d₂、d₃、...、d_n也为最小。取为最小值，求A和B的方法叫最小二乘法。其中，n为整数。

令：

D对A和B分别求一阶偏导数为：

再求二阶偏导数为：

显然：

满足最小值条件，令一阶偏导数为零：

解得：

由此可以求出A、B的值。进而拟合直线的方程可知，则实际输出功率随太阳辐射强度的变化斜率为k＝B。

步骤4：根据查表法及记录的太阳辐射强度和环境温度，在理论输出功率表上查出对应的理论功率点，再对理论功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论直线斜率，并记录理论最大功率；

用步骤2中所获取的太阳辐射强度和环境温度数据，在步骤1中的光伏并网发电装置的理论输出功率表上找出对应的理论功率点，然后仍用最小二乘法的直线拟合方法绘制出理论功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论功率直线拟合的斜率。

步骤5：通过比较实际最大功率和理论最大功率，实际直线斜率和理论直线斜率，判断是否存在窃电行为。

首先比较实际最大功率和理论最大功率的大小，如果实际最大功率大于a倍的理论最大功率(a的大小可以根据实际运行经验整定，默认值可取1.1)，则可以判断存在窃电行为；如果实际最大功率不大于a倍的理论最大功率，再比较实际直线斜率和理论直线斜率的大小，如果实际直线斜率小于b倍的理论直线斜率(b的大小可以根据实际运行经验整定，默认值可取0.9)，则可以判断存在窃电行为。如果实际直线斜率不小于b倍的理论直线斜率，则可以判断不存在窃电行为。

下面结合实例对本发明做进一步详细的描述：

以光伏电站的光伏并网发电装置系统为例，如图2所示为光伏电站的光伏并网发电装置的原理图。如图3所示为光伏电站的光伏并网发电装置的窃电原理图。可以看出窃电时，增加了一个升压变压器，将变压器的原边并联电网，副边并联在光伏计量表的输入端。

步骤1：根据光伏电板的装机容量和类型，计算得出不同太阳辐射强度、不同环境温度下，光伏并网发电装置的理论输出功率，并制成表格；如图4所示为光伏并网发电装置的理论输出功率表。

步骤2：对实际运行的光伏并网电站，获取光伏电站测得的太阳辐射强度、环境温度以及不同太阳辐射强度和环境温度所对应的光伏电站出力数据；如图3所示为光伏电站的光伏并网发电装置的窃电原理图。

步骤3：根据光伏电站的实测功率数据，绘制出实测功率随太阳辐射强度和环境温度变化的功率点，对实际功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际直线斜率，并记录实际最大功率；如图5所示，为窃电时光伏出力随太阳辐射强度变化直线。注：假定环境温度为20℃。直线拟合的方法为最小二乘法，可得直线公式为y＝1.2722x+466.97，斜率为K＝1.2722。当太阳辐射强度为1000W/m²时，实际光伏出力达到最大值，为1739.2W。

步骤4：根据查表法及记录的太阳辐射强度和环境温度，在理论输出功率表上查出对应的理论功率点，再对理论功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论直线斜率，并记录理论最大功率；如图6所示，为未窃电时(理论)光伏出力随太阳辐射强度变化直线。注：假定环境温度为20℃。直线拟合的方法为最小二乘法，可得直线公式为y＝1.6275x，斜率为K＝1.6275。当太阳辐射强度为1000W/m²时，理论光伏出力达到最大值，为1627.5W。

步骤5：如图7所示为依据本发明的理论最大功率和实际最大功率、理论直线斜率和实际直线斜率校验图。首先比较实际最大功率和理论最大功率的大小，由上可知实际最大功率(1739.2W)小于1.1倍的理论最大功率(1627.5W)，再比较实际直线斜率和理论直线斜率的大小，由上可知实际直线斜率(1.2722)小于0.9倍的理论直线斜率(1.6275)，则可以判断存在窃电行为。

本发明提供的基于光伏出力随太阳辐射强度变化斜率的光伏窃电识别方法，利用区域气象数据采集进行区域内光伏并网发电装置理论输出功率计算，将理论最大功率与实际最大功率进行对比，并将理论直线斜率与实际直线斜率进行比对，特别对于虚报光伏电板数量以减小光伏电板投资为目的的窃电方式可以有效判别是否存在窃电行为。本发明完善了国网公司分布式光伏发电的计量安全能力，有利于分布式光伏发电补贴政策的实施，同时本发明成果将为分布式光伏补贴政策的落实提供保障，促进分布式光伏发电的健康发展，提升国网公司在分布式发电领域的服务水平。

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 (5)

1.一种基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，其特征在于，用于识别通过虚报光伏电板数量进行的窃电行为，包括以下步骤：

步骤1：根据光伏电板的装机容量和类型，计算得出不同太阳辐射强度、不同环境温度下，光伏并网发电装置的理论输出功率，并制成光伏发电的理论输出功率表；

步骤2：对实际运行的光伏电站，获取光伏电站测得的太阳辐射强度、环境温度以及不同太阳辐射强度和环境温度所对应的光伏电站实测功率数据；

步骤3：根据光伏电站的实测功率数据，绘制出实测功率随太阳辐射强度和环境温度变化的功率点，对这些功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际直线斜率，并记录实际最大功率；

步骤4：根据查表法及记录的太阳辐射强度和环境温度，在理论输出功率表上查出对应的理论功率点，再对理论功率点拟合功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论直线斜率，并记录理论最大功率；

步骤5：通过比较实际最大功率和理论最大功率、实际直线斜率和理论直线斜率，判断是否存在该类窃电行为；

所述步骤5中,首先比较实际最大功率和理论最大功率的大小，如果实际最大功率大于理论最大功率的1.1倍，则判断存在窃电行为；如果实际最大功率不大于理论最大功率的1.1倍，再比较实际直线斜率和理论直线斜率的大小，如果实际直线斜率小于理论直线斜率的0.9倍，则判断存在窃电行为；如果实际直线斜率不小于理论直线斜率的0.9倍，则判断不存在窃电行为。

2.根据权利要求1所述的基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，其特征在于：所述步骤1中，根据光伏发电的理论输出功率公式或通过对未窃电光伏电站的测量，得到不同太阳辐射强度和环境温度下的未窃电时光伏发电功率，并制成光伏发电的理论输出功率表。

3.根据权利要求1所述的基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，其特征在于：所述步骤2中，太阳辐射强度和环境温度的采集和智能光伏计量表对实测功率数据的测量是同时进行的，所获取的某时刻的数据是对应的瞬时值。

4.根据权利要求1所述的基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，其特征在于：所述步骤3中，将太阳辐射强度和环境温度数据及对应的智能光伏计量表所获取的实测功率数据输入二维的坐标平面，用最小二乘法的直线拟合方法绘制出实际功率随太阳辐射强度变化的直线，求出实际功率拟合的实际直线斜率。

5.根据权利要求1所述的基于光伏出力曲线斜率的光伏窃电识别方法，其特征在于：所述步骤4中，根据所获取的太阳辐射强度和环境温度数据，在理论输出功率表上查找出对应的理论功率点，采用最小二乘法的直线拟合方法绘制出理论功率随太阳辐射强度变化的直线，求出理论功率拟合的理论直线斜率。