需求導(dǎo)向、標(biāo)準(zhǔn)先行 提高光伏發(fā)電的智能化水平

　　光伏發(fā)電為間歇和波動(dòng)式電源，適應(yīng)范圍廣、靈活多樣是其優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也帶來(lái)系統(tǒng)形式復(fù)雜、占地廣、設(shè)備分散、風(fēng)險(xiǎn)隱患及對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)點(diǎn)多面廣、運(yùn)維難度大等不利因素。

　　當(dāng)前，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，依托新一代通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與信息化的深度融合已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型和技術(shù)革命的重要引擎。對(duì)光伏而言，提升產(chǎn)業(yè)的信息化水平，特別是系統(tǒng)應(yīng)用的智能化水平，既是破解制約產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展瓶頸問(wèn)題的鑰匙，更是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電高比例接入的基礎(chǔ)。

　　近幾年，國(guó)內(nèi)許多有識(shí)之士和企業(yè)，已認(rèn)識(shí)到光伏應(yīng)用未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向，并投入資源，開(kāi)展光伏應(yīng)用基礎(chǔ)自動(dòng)化和智能化方面的研究工作，并取得了一定的成效。但總體而言，相對(duì)于先進(jìn)制造業(yè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的客觀需求，光伏發(fā)電工程建設(shè)和運(yùn)維過(guò)程的信息化和智能化程度還很初級(jí)，這方面標(biāo)準(zhǔn)的制定也還處在起步階段。以下就光伏智能化建設(shè)的重點(diǎn)和方向，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定談些看法。

　　一、光伏智能化建設(shè)的方向和重點(diǎn)

圖1. 光伏智能化建設(shè)方向和重點(diǎn)圖示

　　圖1為根據(jù)個(gè)人理解，給出的光伏智能化建設(shè)重點(diǎn)和方向概覽。長(zhǎng)遠(yuǎn)看，宜圍繞圖1給出的目標(biāo)和重點(diǎn)，確定具體的指標(biāo)要求，并按照以下邏輯順序，自上而下先行規(guī)劃、自下而上分步實(shí)施，逐步提高光伏發(fā)電的智能化水平。

　　1）需求為導(dǎo)向，圍繞電網(wǎng)及電站運(yùn)營(yíng)管理長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要，系統(tǒng)規(guī)劃和確定光伏發(fā)電各層級(jí)智能化建設(shè)的功能需求及其分配和狀態(tài)基線(xiàn)，包括群控層、站控層、分子系統(tǒng)及其設(shè)備。特別在電網(wǎng)需求響應(yīng)、電站安全管理、系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)方面。

　　2）基于所確定的功能需求及其分配和狀態(tài)基線(xiàn)，逐步明確整個(gè)電站、分子系統(tǒng)及其設(shè)備智能化設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工和安裝、驗(yàn)收、運(yùn)維等方面的要求。特別是與系統(tǒng)和設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、響應(yīng)和控制范圍、精度、延時(shí)有關(guān)的性能和指標(biāo)要求，包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

　　3）依據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備智能化方面的功能和性能要求，確定系統(tǒng)和設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集、分析和處理，通訊和基礎(chǔ)自動(dòng)化等方面的建設(shè)和控制要求，包括相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定。

圖2. 光伏電站火災(zāi)案例圖

　　二、光伏智能化建設(shè)中的標(biāo)準(zhǔn)需求和現(xiàn)狀

　　標(biāo)準(zhǔn)是質(zhì)量的技術(shù)基礎(chǔ)，光伏智能化水平的提升同樣離不開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)。以下采用示例方式，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)在光伏智能化建設(shè)中的需求和現(xiàn)狀。

　　示例一：光伏方陣電氣安全故障

　　1）電纜選型考慮不周，敷設(shè)方案不合理。另外，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)未充分考慮屋面分布式光伏的特點(diǎn)，實(shí)際工作中，存在“合標(biāo)、不合用”的問(wèn)題。

　　2）安全防護(hù)裝置不能充分滿(mǎn)足屋面分布式光伏的實(shí)際需要，形同虛設(shè)。同樣存在“合標(biāo)、不合用”的問(wèn)題。

　　3）電站施工和安裝過(guò)程不規(guī)范，質(zhì)量防護(hù)不到位。

　　幾起火災(zāi)事故的直接原因，主要是由于線(xiàn)纜的絕緣破損，加之濕熱影響，使其絕緣性能下降，形成局部漏電和拉弧。針對(duì)火災(zāi)事故的起因，從安全防范角度，一是要針對(duì)各類(lèi)火災(zāi)隱患，加強(qiáng)各方面的安全控制，包括完善現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；二是要針對(duì)光伏發(fā)電的特點(diǎn)及少人、無(wú)人值守的客觀需要，擴(kuò)展并進(jìn)一步嚴(yán)格系統(tǒng)中在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制方面的功能和性能要求，提升電氣系統(tǒng)的本質(zhì)安全度。

　　涉及人身和財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題，各國(guó)都比較重視，大多有強(qiáng)制性規(guī)定，這方面的標(biāo)準(zhǔn)也比較健全?？傮w看，對(duì)分布式（含戶(hù)用）光伏的電氣安全，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，除現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)中的要求，有些國(guó)家已制定了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，特別對(duì)需要重點(diǎn)防范和控制的問(wèn)題，如防雷、拉弧檢測(cè)、故障設(shè)備或電路的快速關(guān)斷或隔離等。相對(duì)而言，我國(guó)這方面的標(biāo)準(zhǔn)還有欠缺。由于標(biāo)準(zhǔn)上的差異，對(duì)制造企業(yè)而言，逐步形成了內(nèi)外有別的態(tài)勢(shì)。

　　如前所述，光伏電站電氣火災(zāi)致因中，直流拉弧為主要?dú)⑹郑娬窘ㄔO(shè)和運(yùn)維環(huán)節(jié)，都應(yīng)將其作為防范的重點(diǎn)，特別對(duì)屋面或建筑一體的分布式光伏。圖3為光伏方陣?yán)☆?lèi)型圖例。歐美國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，已針對(duì)圖中所示的串聯(lián)電弧的檢測(cè)和故障處理提出了控制要求，包括拉弧檢測(cè)的范圍、精度、故障關(guān)斷的響應(yīng)時(shí)間等，我國(guó)還缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　過(guò)去幾年，分布式光伏，特別是戶(hù)用光伏在我國(guó)迅速發(fā)展，可以說(shuō)，光伏發(fā)電已走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，未來(lái)也還有很大的發(fā)展空間。安全為天，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化分布式，特別是戶(hù)用光伏的安全管理，從安全和消防角度，需要制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以正確引導(dǎo)相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的質(zhì)量管控和技術(shù)方向。

圖3. 方陣中拉弧類(lèi)型示例

　　示例二：組串IV故障檢測(cè)

　　圖4為根據(jù)鑒衡對(duì)不同類(lèi)型和區(qū)域、200座樣本電站的檢測(cè)結(jié)果，給出的光伏電站直流側(cè)各類(lèi)電能損失的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖5為IEC62446-1標(biāo)準(zhǔn)中給出的正常及不良運(yùn)行環(huán)境和質(zhì)量狀況下，組串IV曲線(xiàn)的表象形式。

圖5. 組串IV曲線(xiàn)圖

　　對(duì)光伏發(fā)電而言，直流側(cè)理想的IV輸出等同于理想的發(fā)電狀態(tài)。圖4中各類(lèi)電能損失根源或狀態(tài)出現(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致組串輸出偏離正常范圍，特別是Voc、Isc、Vmp、Imp等關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)?；诖耍A為率先推出了帶有IV掃描或故障診斷功能的逆變器，并取得了較好的應(yīng)用效果。華為之后，其他逆變器器企業(yè)也先后推出了帶有IV掃描或故障診斷功能的逆變器，但應(yīng)用效果存在差異。

　　趨勢(shì)判斷，組串級(jí)IV診斷將成為電站運(yùn)行監(jiān)控的必備功能。從應(yīng)用情況看，現(xiàn)有IV診斷功能，從診斷范圍和精度上看，尚處在中級(jí)或初級(jí)應(yīng)用階段。為使IV診斷發(fā)揮更大的作用，一是要根據(jù)電站智能化建設(shè)的總體需求，制定出科學(xué)合理、有前瞻和引導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn)；二是開(kāi)發(fā)出可以涵蓋現(xiàn)有失效模式的數(shù)據(jù)庫(kù)和具有自學(xué)習(xí)功能的基礎(chǔ)模型或軟件；三是要嚴(yán)格IV診斷功能的驗(yàn)證和確認(rèn)程序，以保證漏檢和誤檢的比率控制在合理水平。

　　三、結(jié)語(yǔ)

　　光伏產(chǎn)業(yè)已處在高速度向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、5G等新一代通訊和信息技術(shù)為抓手，提高光伏應(yīng)用的智能化水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展已是不二選擇。在產(chǎn)業(yè)智能化建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)遵循“需求導(dǎo)向、規(guī)劃先行、標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)”的原則，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，用高水平的標(biāo)準(zhǔn)，加速和引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)智控水平和建設(shè)質(zhì)量的提升。