智能光伏電站解決方案技術(shù)白皮書(shū)

1 智能光伏電站解決方案的定義

華為智能光伏電站解決方案是將電站作為面向客戶可交付的產(chǎn)品，從電站建設(shè)到運(yùn)維全流程進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，將數(shù)字信息技術(shù)與光伏技術(shù)進(jìn)行跨界融合，實(shí)現(xiàn)在初始投資不增加的前提下，降低初始投資、降低運(yùn)維成本、提高系統(tǒng)發(fā)電量、增加投資回報(bào)率的目的。

智能光伏電站解決方案相比傳統(tǒng)的以集中式大機(jī)為代表的電站解決方案，在設(shè)計(jì)理念上有3點(diǎn)顯著差異。

1)數(shù)字化光伏電站。

首先是對(duì)現(xiàn)有的光伏發(fā)電部分進(jìn)行智能化改造，使傳統(tǒng)的逆變器不只是發(fā)電部件，而是一個(gè)集電力變換、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、在線分析、環(huán)境自適應(yīng)等為一體的智能控制器，成為電站的神經(jīng)末梢與區(qū)域控制中心；其次，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有RS485等低速傳輸通道的升級(jí)，使整個(gè)電站形成融合語(yǔ)音與視頻通信、快速靈活部署、免維護(hù)的高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，鋪設(shè)電站信息流通的高速公路；最后，收集到的電站完整信息統(tǒng)一上傳到云端存儲(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)分析與挖掘引擎，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站的智能化管理及電站性能的持續(xù)優(yōu)化。

2)讓電站更簡(jiǎn)單。

無(wú)逆變器房、直流匯流箱等多余系統(tǒng)設(shè)施，無(wú)熔絲、風(fēng)扇等易損部件，實(shí)現(xiàn)電站的簡(jiǎn)潔化、標(biāo)準(zhǔn)化交付；電站所有部件能滿足風(fēng)沙、鹽霧、高溫高濕、高海拔等各種復(fù)雜環(huán)境，25年免維護(hù)、可靠運(yùn)行的質(zhì)量要求，建設(shè)與運(yùn)維更加簡(jiǎn)單，最大程度保護(hù)客戶投資。

3)全球自動(dòng)化運(yùn)維。

除了對(duì)初始投資和發(fā)電量的關(guān)注，隨著電站存量規(guī)模的增加，電站分布范圍越來(lái)越廣，25年壽命周期內(nèi)電站運(yùn)維的重要性逐步提高。智能光伏電站解決方案借助數(shù)字化光伏電站平臺(tái)，提供面向全球的、一體化的、全流程的自動(dòng)化管理和運(yùn)維手段，提升運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，使全球化海量運(yùn)維成為可能，充分發(fā)揮規(guī)模運(yùn)營(yíng)效應(yīng)。

通過(guò)全數(shù)字化電站、讓電站更簡(jiǎn)單、自動(dòng)化運(yùn)維等創(chuàng)新理念，打造“智能、高效、安全、可靠”的智能光伏電站解決方案，最終實(shí)現(xiàn)電站持有和運(yùn)營(yíng)客戶的價(jià)值最大化。

2 智能光伏電站解決方案的技術(shù)特點(diǎn)與客戶價(jià)值

相比傳統(tǒng)的以集中式大機(jī)為代表的電站，智能光伏電站具有不增加系統(tǒng)投資、更高的投資收益率和可用度等一系列優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)不增加初始投資。

智能光伏電站由于采用簡(jiǎn)潔化設(shè)計(jì)，無(wú)直流匯流箱和直流配電柜、無(wú)土建機(jī)房、部件安裝簡(jiǎn)單等，初始投資成本不高于傳統(tǒng)光伏電站。同時(shí)，由于智能光伏控制器(組串式逆變器)體積小、重量輕、標(biāo)準(zhǔn)化，可通過(guò)自動(dòng)化流水線進(jìn)行大規(guī)模制造，人工成本占比較小，具有明顯的規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

2)智能光伏電站的內(nèi)部收益率IRR相比傳統(tǒng)電站提升3%以上。

由于采用多路MPPT、多峰跟蹤等先進(jìn)技術(shù)，有效降低了組件衰減、陰影遮擋、施工安裝不一致、地形不一致、直流壓降等光伏陣列損失的影響，系統(tǒng)PR(Performance Ratio)值達(dá)到82%以上，相比傳統(tǒng)方案平均發(fā)電量提升5%以上，內(nèi)部收益率IRR提升3%以上。

3) 25年的系統(tǒng)可靠運(yùn)行免維護(hù)設(shè)計(jì)。

智能控制器采用IP65防護(hù)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部的環(huán)境隔離，使器件保持在穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境中，降低溫度、風(fēng)沙、鹽霧等外部環(huán)境對(duì)器件壽命的影響；系統(tǒng)無(wú)易損部件，無(wú)熔絲、風(fēng)扇等需定期更換器件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)免維護(hù)；借鑒華為通信基站產(chǎn)品全球海量發(fā)貨及部署的設(shè)計(jì)和質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)，從器件到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)25年可靠性設(shè)計(jì)及壽命仿真；加上嚴(yán)格的驗(yàn)證測(cè)試，保證系統(tǒng)部件在整個(gè)生命周期內(nèi)無(wú)需更換，可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4)光伏電站裝機(jī)容量的實(shí)際利用率高。

智能光伏電站年平均故障次數(shù)比傳統(tǒng)集中式方案少30%，系統(tǒng)故障對(duì)發(fā)電量的影響只有傳統(tǒng)方案的1/10，質(zhì)保期外的維護(hù)成本只有傳統(tǒng)方案的1/5。傳統(tǒng)的光伏電站本質(zhì)上是一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，直流匯流箱、直流配電柜、機(jī)房散熱及輔助源供電設(shè)備、逆變器大機(jī)等任何一個(gè)部件的故障均會(huì)造成部分或全部光伏陣列發(fā)電損失，由于需要專(zhuān)業(yè)人員維護(hù)，修復(fù)周期長(zhǎng)、成本高。而智能光伏電站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本質(zhì)上是一個(gè)分布式的并聯(lián)系統(tǒng)，單臺(tái)逆變器的故障不影響其他設(shè)備運(yùn)行，而且由于體積小、重量輕、現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)備件，易安裝維護(hù)，大幅提升了系統(tǒng)的可用度。

5)組串級(jí)的智能監(jiān)控及多路MPPT跟蹤技術(shù)，確保電站“可視、可信、可管、可控”。

智能光伏電站對(duì)輸入的每一路組串進(jìn)行獨(dú)立的電壓電流檢測(cè)，檢測(cè)精度是傳統(tǒng)智能匯流箱方案的10倍以上，為準(zhǔn)確定位組串故障、提高運(yùn)維效率奠定了基礎(chǔ)。多路MPPT技術(shù)，降低遮擋、灰塵、組串失配的影響，平坦地形下發(fā)電量提升5%以上；在屋頂、山地電站中降低不同朝向、陰影遮擋的影響，發(fā)電量提升8～10%；與跟蹤系統(tǒng)的配合使用，跟蹤控制與控制器集成，能實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的獨(dú)立跟蹤，提升發(fā)電量，智能控制器和跟蹤支架成為最佳伴侶。

6)智能光伏電站“可升級(jí)、可演進(jìn)”。

當(dāng)組件技術(shù)進(jìn)步、運(yùn)行環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，利用智能控制器的軟件可遠(yuǎn)程在線升級(jí)，后向兼容設(shè)計(jì)等特性無(wú)需更換網(wǎng)上運(yùn)行設(shè)備，通過(guò)算法升級(jí)就可享受最新技術(shù)成果，最大化復(fù)用現(xiàn)有設(shè)備。

7)智能主動(dòng)電網(wǎng)自適應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)友好。

利用智能控制器的高速處理能力、高采樣和控制頻率、控制算法等優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的變化，更好實(shí)現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)控制，更佳的并網(wǎng)諧波質(zhì)量，更好地滿足電網(wǎng)接入要求，提高在惡劣電網(wǎng)環(huán)境下的適應(yīng)能力。

8)主動(dòng)安全。

降低直流傳輸?shù)木嚯x，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、安全。直流的安全傳輸與防護(hù)是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。智能光伏電站采用無(wú)直流匯流設(shè)計(jì)，組串輸出的直流電直接進(jìn)入逆變器逆變?yōu)榻涣麟娺M(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，主動(dòng)規(guī)避直流傳輸帶來(lái)的安全和防護(hù)問(wèn)題，降低直流拉弧帶來(lái)的安全隱患，使電站更加安全。

9)安全規(guī)避PID效應(yīng)。

PID導(dǎo)致的組件功率衰減會(huì)極大地影響投資收益，通過(guò)智能控制器自動(dòng)檢測(cè)組件電勢(shì)，主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)工作電壓，使電池板負(fù)極在無(wú)需接地的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)地正壓，有效規(guī)避PID效應(yīng)。由于電池板負(fù)極無(wú)需接地，加上逆變器內(nèi)部的殘余電流監(jiān)測(cè)電路，在檢測(cè)到漏電流大于30 mA的情況下，150 ms內(nèi)切斷電路，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)安全。

10)智能高效運(yùn)維。

全球化、分層部署的電站管理與運(yùn)維系統(tǒng)，使部署在不同位置的電站在邏輯上當(dāng)做一個(gè)電站進(jìn)行管理。總部能夠全局掌握各個(gè)電站的運(yùn)行情況和收益對(duì)比，為考核及管理改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。分布在各地的電站可通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)施大范圍巡檢；一線人員通過(guò)定制化的運(yùn)維智能終端，實(shí)現(xiàn)與總部專(zhuān)家運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的視頻、語(yǔ)音、位置與故障信息的實(shí)時(shí)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前后方遠(yuǎn)程協(xié)同運(yùn)維，降低一線運(yùn)維人員的技能要求，最大化復(fù)用總部專(zhuān)家資源，實(shí)現(xiàn)人員的最優(yōu)化配置，提高系統(tǒng)的維護(hù)效率。

11)大數(shù)據(jù)分析引擎和專(zhuān)家運(yùn)維系統(tǒng)的引入，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，挖掘收益提升空間。

通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、云存儲(chǔ)和在線專(zhuān)家分析系統(tǒng)，電站可自動(dòng)體檢，給出基于收益最大化的維護(hù)建議，如清洗建議、部件更換和維護(hù)建議等，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)；積累長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，綜合分析自然環(huán)境，如溫度、輻照量等環(huán)境因素，通過(guò)對(duì)智能控制單元算法在線調(diào)整或軟件升級(jí)，使電站在不同環(huán)境下系統(tǒng)部件運(yùn)行處于最佳匹配狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)收益的最大化。

12)智能光伏電站對(duì)環(huán)境友好。

智能控制器無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了29 dB的低環(huán)境噪聲；無(wú)需土建機(jī)房，減少對(duì)植被及土壤等環(huán)境破壞；電磁輻射小，保護(hù)人體健康。智能光伏電站實(shí)現(xiàn)了人與環(huán)境和諧共處，大幅增加了光伏電站的適用范圍，為光伏入戶創(chuàng)造了條件。

3 智能光伏電站解決方案與傳統(tǒng)光伏電站解決方案差異一覽表

表1