【深度】解析光伏電站智能化發(fā)展趨勢

隨著市場的不斷回歸，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快車道。據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年我國光伏新增裝機總量為15.13GW，總裝機容量43.18GW，超越德國摘得全球光伏裝機之首的桂冠。

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善和相關(guān)分析技術(shù)的成熟，“互聯(lián)網(wǎng)+”亦正步入快速發(fā)展期，并持續(xù)獲得政策力挺。為提高可再生能源比重，促進化石能源清潔高效利用，推動能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級，國家發(fā)改委、能源局、工信部近日聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》(以下簡稱《意見》)。

　　《意見》提出，要推動可再生能源生產(chǎn)智能化，鼓勵建設(shè)智能風(fēng)電場、智能光伏電站等設(shè)施及基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧運行云平臺，實現(xiàn)可再生能源的智能化生產(chǎn)；推動集中式與分布式儲能協(xié)同發(fā)展，推動在集中式新能源發(fā)電基地配置適當(dāng)規(guī)模的儲能電站，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與新能源、電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行；加快推進能源消費智能化，加強電力需求側(cè)管理，普及智能化用能監(jiān)測和診斷技術(shù)，加快工業(yè)企業(yè)能源管理中心建設(shè)，建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)的信息化服務(wù)平臺。這標(biāo)志著政府2015年提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”的能源版本正式面世。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大趨勢下，與其一脈相承的“智能光伏”再次受到矚目。

　　“智能光伏”是光伏發(fā)電、信息技術(shù)兩大領(lǐng)域的跨界和創(chuàng)新，帶來的創(chuàng)新產(chǎn)物即為智能化光伏電站。即從電站建設(shè)到運維全流程進行優(yōu)化和創(chuàng)新，將數(shù)字信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與光伏技術(shù)進行跨界融合，實現(xiàn)合理優(yōu)化初始投資、降低運維成本，提高系統(tǒng)發(fā)電量，增加投資回報率，且能夠適應(yīng)包括大型地面電站、山地丘陵、農(nóng)光互補和漁光互補等各種復(fù)雜場景。

　　1.智能光伏電站定義

　　所謂智能化即減少人的介入、實現(xiàn)全自動化無人運行，實現(xiàn)故障的自動發(fā)現(xiàn)，自動診斷和自動修復(fù)，從而提升發(fā)電量，減少維護成本，提高系統(tǒng)收益。

　　智能化必須經(jīng)歷三個階段自動化、信息化、智能化。

　　自動化是指電站現(xiàn)場減少人工的工作，系統(tǒng)設(shè)計成無易損部件，免維護，無需專家現(xiàn)場進行問題診斷，無需人工現(xiàn)場修復(fù)；信息化是指組串的高精度智能檢測，信息的高速可靠安全低成本傳輸，后臺數(shù)據(jù)的高可靠性存儲及監(jiān)視；智能化則是基于大數(shù)據(jù)的問題分析，實現(xiàn)主動發(fā)現(xiàn)問題并提出運維建議基于遠(yuǎn)程移動運維，實現(xiàn)專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)和復(fù)用；基于專家運維系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)防性維護；基于自動報表系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不同層面的自動報告。

　　1.1.自動化

　　傳統(tǒng)方案中在自動化方面存在幾個問題。

　　第一，傳統(tǒng)方案一般放置于磚瓦房或集裝箱內(nèi)，設(shè)備體積大，需重型設(shè)備吊裝，安裝成本高。

　　第二，傳統(tǒng)方案在匯流箱中需大量使用熔絲保護，選用熔絲做組串防護，需大量常規(guī)維護。熔絲的老化熔斷隨著熔絲工作時間的增長必然會發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計直流熔絲電站現(xiàn)場失效從第4年開始失效率顯著升高。

　　第三，傳統(tǒng)方案采用外部風(fēng)扇進行散熱，但風(fēng)扇防護等級只有IP54/55，防護等級較低，并且存在噪聲大，可靠性差，更換維護成本極高等問題，最重要的是一旦風(fēng)扇失效將極大減弱逆變器的散熱能力。逆變器機房需要人工日常定期清掃沙塵，長年的灰塵與鹽霧影響容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重故障，故障需要專家現(xiàn)場修復(fù)，運維工作頻繁，周期長損失大。

　　智能光伏電站從整體架構(gòu)上來說更為簡單，去除易損件，把復(fù)雜功能進行整合，去除需要維護的部件和工作?？傮w來說，智能光伏解決方案能讓電站建設(shè)更加簡單，簡化設(shè)計與采購環(huán)節(jié)，縮短建設(shè)周期，簡化備品備件的關(guān)系，提高系統(tǒng)可靠性及發(fā)電量。

　　1.2.信息化

　　傳統(tǒng)光伏方案在設(shè)備數(shù)據(jù)通信方面并不完善。

　　傳統(tǒng)方案數(shù)據(jù)監(jiān)測顆粒度粗，精度低，傳輸可靠性低。集中式/集散式逆變器沒有組串監(jiān)控，直流匯流箱也沒有組串監(jiān)控，檢測精度僅為3%，而且集中式只能檢測電流。

　　傳統(tǒng)方案整個通信網(wǎng)絡(luò)信號傳輸可靠性低，因為傳統(tǒng)電站子陣內(nèi)RS485通信連接設(shè)備部件種類多，包括直流匯流箱、直流柜、逆變器、箱變等設(shè)備，而且大多采用不同廠家的設(shè)備，由于不同設(shè)備設(shè)計差異，不同設(shè)備連接在一起后存在地電位差，造成接口模塊打壞，且無法事先對組合的部件進行系統(tǒng)測試。

　　傳統(tǒng)方案環(huán)境適應(yīng)性差。傳統(tǒng)RS485經(jīng)常斷，與電力線纜一起鋪設(shè)的時候，會受到干擾，而且在潮濕、凍土、耕地等場景易被損壞，造成通訊中斷。另外電站內(nèi)傳輸一般存在光纖環(huán)網(wǎng)，光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)生問題后很難定位到問題出在哪里，造成故障后極難排查與恢復(fù)。

　　智能光伏解決方案能夠做到更高精度的組串智能檢測，子陣內(nèi)傳輸與電站內(nèi)傳出分別采用更先進的PLC電力載波通信技術(shù)與4G無線通信技術(shù)。在組串檢測方面，采用高精度霍爾傳感器，通過高頻差分算法補償、高精度儀器出廠校準(zhǔn)，實現(xiàn)0.5%高精度監(jiān)測，能對組串電壓、電流二維信息精確監(jiān)測，精度是智能匯流箱的6倍以上。并且可以實時監(jiān)控組串狀態(tài)，發(fā)生異常自動告警，精確定位組串故障。

　　引入PLC電力載波通訊技術(shù)替代RS485，傳輸速率從RS485能達(dá)到的9.6bps(最大也只能19.2Kbps)大大提升到200Kbps。在施工方面PLC技術(shù)借用交流線做通道，不需額外布線，節(jié)省通訊線纜和施工費用0.01元/W，而傳輸RS485方案施工復(fù)雜，需挖溝埋線纜。PLC方案借用交流線做通道，可靠性高，器件損壞僅更換故障單板即可，可維護性好，而傳輸RS485方案工程接線易出錯，中間斷鏈影響局部通信，線纜斷線后，需挖溝更換，可維護性差?？傮w來說，PLC電力載波通訊技術(shù)，能達(dá)到節(jié)省通訊線纜，提高可靠性的目的。

　　在電站內(nèi)通信方式采用4G無線通信技術(shù)，構(gòu)建智能管理網(wǎng)絡(luò)，此先進的技術(shù)帶來多方面的以下優(yōu)點。功能方面，單站最大可覆蓋80平方公里、傳輸時延>50ms、電站可平滑擴容。在施工運維方面，無需光纖及挖溝鋪光纜、故障定位、維護簡單。在管理方面，光伏電站內(nèi)的移動互聯(lián)網(wǎng)，智能光伏終端、無人機、遠(yuǎn)程專家協(xié)同高效運維。

　　1.3.智能化

　　傳統(tǒng)光伏方案并沒有涉及頂層智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解決方案，通過建立一套全球化自動營維系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，構(gòu)建一體化云平臺，構(gòu)建面向“能源互聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用基礎(chǔ)。具體體現(xiàn)在以下幾個方面

　?、俅髷?shù)據(jù)分析主動挖掘低效器件，實現(xiàn)預(yù)防性維護；

　　對于電站業(yè)主，尤其是有大量光伏電站的客戶，不僅要考慮電站如何維護，更要考慮電站如何運營，主動地優(yōu)化電站的運行狀態(tài)，比如通過5點4段的PR分析，把每一段組件+線纜、逆變器、箱變、升壓段的線損等所有的電站綜合起來分析，通過橫向和縱向的分析，把效率低的電站的和階段找出來，進行優(yōu)化。

　　通過大數(shù)據(jù)分析，對所有的組串和設(shè)備做離散分析，把異常但是沒有出問題告警的組串/設(shè)備識別出來，比如一個熱斑，系統(tǒng)可能沒有告警，但是已經(jīng)比其他組串落后，就可以通過離散分析找出來，進行預(yù)測性的維護，這就是主動經(jīng)營的應(yīng)用。

　　此外，還可以通過設(shè)備間的對比分析，以及設(shè)備長期以來的效率和故障統(tǒng)計，進行設(shè)備的評估，為未來的設(shè)備選型和方案設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。

　　②遠(yuǎn)程運維，電站現(xiàn)場“無人值班、少人值守”

　　在電站現(xiàn)場無需人員值班，專家在總部集中實施監(jiān)控、分析即可。當(dāng)電站出現(xiàn)問題時，主動將告警與修復(fù)建議推送值守人員，值守人員可完全按照指示處理，快速提交閉環(huán)。遇到復(fù)雜問題，可進行現(xiàn)場狀況實時回傳，包括視頻、語音、數(shù)據(jù)等全方位信息，數(shù)據(jù)回傳至云數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心專家進行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，實現(xiàn)保障現(xiàn)場人員安全、規(guī)范修復(fù)故障流程、處理結(jié)果迅速閉環(huán)。

　　③精準(zhǔn)定位故障，減少誤診斷率，提高運維效率

　　很多集中式電站中，組串發(fā)生問題都發(fā)現(xiàn)不了，發(fā)電量的損失根本都找不回來。結(jié)合智能光伏控制器的組串級高精度的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)故障，另外通過數(shù)據(jù)庫的分析，能夠精確地發(fā)現(xiàn)是哪個設(shè)備發(fā)生故障，還能根據(jù)預(yù)制和運維經(jīng)驗得來的措施，提出處理建議，讓運維人員有目的的上站，一次性解決問題，避免來回排查、取設(shè)備等。

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