需求导向、标准先行 提高光伏发电的智能化水平

　　光伏发电为间歇和波动式电源，适应范围广、灵活多样是其优点，同时也带来系统形式复杂、占地广、设备分散、风险隐患及对电网扰动点多面广、运维难度大等不利因素。

　　当前，国民经济各行各业，依托新一代通讯技术，实现工业化与信息化的深度融合已成为产业发展转型和技术革命的重要引擎。对光伏而言，提升产业的信息化水平，特别是系统应用的智能化水平，既是破解制约产业可持续发展瓶颈问题的钥匙，更是实现光伏发电高比例接入的基础。

　　近几年，国内许多有识之士和企业，已认识到光伏应用未来的技术发展方向，并投入资源，开展光伏应用基础自动化和智能化方面的研究工作，并取得了一定的成效。但总体而言，相对于先进制造业及产业发展的客观需求，光伏发电工程建设和运维过程的信息化和智能化程度还很初级，这方面标准的制定也还处在起步阶段。以下就光伏智能化建设的重点和方向，以及相关标准的制定谈些看法。

　　一、光伏智能化建设的方向和重点

图1. 光伏智能化建设方向和重点图示

　　图1为根据个人理解，给出的光伏智能化建设重点和方向概览。长远看，宜围绕图1给出的目标和重点，确定具体的指标要求，并按照以下逻辑顺序，自上而下先行规划、自下而上分步实施，逐步提高光伏发电的智能化水平。

　　1）需求为导向，围绕电网及电站运营管理长远发展需要，系统规划和确定光伏发电各层级智能化建设的功能需求及其分配和状态基线，包括群控层、站控层、分子系统及其设备。特别在电网需求响应、电站安全管理、系统和设备维护方面。

　　2）基于所确定的功能需求及其分配和状态基线，逐步明确整个电站、分子系统及其设备智能化设计、采购、施工和安装、验收、运维等方面的要求。特别是与系统和设备在线监测、响应和控制范围、精度、延时有关的性能和指标要求，包括相关标准的制定。

　　3）依据系统和设备智能化方面的功能和性能要求，确定系统和设备在线监测，数据采集、分析和处理，通讯和基础自动化等方面的建设和控制要求，包括相关技术的开发和标准制定。

图2. 光伏电站火灾案例图

　　二、光伏智能化建设中的标准需求和现状

　　标准是质量的技术基础，光伏智能化水平的提升同样离不开标准。以下采用示例方式，说明标准在光伏智能化建设中的需求和现状。

　　示例一：光伏方阵电气安全故障

　　1）电缆选型考虑不周，敷设方案不合理。另外，现行标准未充分考虑屋面分布式光伏的特点，实际工作中，存在“合标、不合用”的问题。

　　2）安全防护装置不能充分满足屋面分布式光伏的实际需要，形同虚设。同样存在“合标、不合用”的问题。

　　3）电站施工和安装过程不规范，质量防护不到位。

　　几起火灾事故的直接原因，主要是由于线缆的绝缘破损，加之湿热影响，使其绝缘性能下降，形成局部漏电和拉弧。针对火灾事故的起因，从安全防范角度，一是要针对各类火灾隐患，加强各方面的安全控制，包括完善现行标准；二是要针对光伏发电的特点及少人、无人值守的客观需要，扩展并进一步严格系统中在线监测和自动控制方面的功能和性能要求，提升电气系统的本质安全度。

　　涉及人身和财产安全问题，各国都比较重视，大多有强制性规定，这方面的标准也比较健全。总体看，对分布式（含户用）光伏的电气安全，欧美等发达国家的标准更为严格，除现行IEC标准中的要求，有些国家已制定了更为严格的标准，特别对需要重点防范和控制的问题，如防雷、拉弧检测、故障设备或电路的快速关断或隔离等。相对而言，我国这方面的标准还有欠缺。由于标准上的差异，对制造企业而言，逐步形成了内外有别的态势。

　　如前所述，光伏电站电气火灾致因中，直流拉弧为主要杀手，电站建设和运维环节，都应将其作为防范的重点，特别对屋面或建筑一体的分布式光伏。图3为光伏方阵拉弧类型图例。欧美国家现行标准中，已针对图中所示的串联电弧的检测和故障处理提出了控制要求，包括拉弧检测的范围、精度、故障关断的响应时间等，我国还缺少相关的标准。

　　过去几年，分布式光伏，特别是户用光伏在我国迅速发展，可以说，光伏发电已走进千家万户，未来也还有很大的发展空间。安全为天，我国应进一步强化分布式，特别是户用光伏的安全管理，从安全和消防角度，需要制定标准和规范，以正确引导相关领域产品的质量管控和技术方向。

图3. 方阵中拉弧类型示例

　　示例二：组串IV故障检测

　　图4为根据鉴衡对不同类型和区域、200座样本电站的检测结果，给出的光伏电站直流侧各类电能损失的统计结果。图5为IEC62446-1标准中给出的正常及不良运行环境和质量状况下，组串IV曲线的表象形式。

图5. 组串IV曲线图

　　对光伏发电而言，直流侧理想的IV输出等同于理想的发电状态。图4中各类电能损失根源或状态出现都会导致组串输出偏离正常范围，特别是Voc、Isc、Vmp、Imp等关键电学参数。基于此，华为率先推出了带有IV扫描或故障诊断功能的逆变器，并取得了较好的应用效果。华为之后，其他逆变器器企业也先后推出了带有IV扫描或故障诊断功能的逆变器，但应用效果存在差异。

　　趋势判断，组串级IV诊断将成为电站运行监控的必备功能。从应用情况看，现有IV诊断功能，从诊断范围和精度上看，尚处在中级或初级应用阶段。为使IV诊断发挥更大的作用，一是要根据电站智能化建设的总体需求，制定出科学合理、有前瞻和引导性的标准；二是开发出可以涵盖现有失效模式的数据库和具有自学习功能的基础模型或软件；三是要严格IV诊断功能的验证和确认程序，以保证漏检和误检的比率控制在合理水平。

　　三、结语

　　光伏产业已处在高速度向高质量发展的转型期，以互联网、大数据、人工智能、区块链、5G等新一代通讯和信息技术为抓手，提高光伏应用的智能化水平，进而实现产业的高质量发展已是不二选择。在产业智能化建设过程中，应遵循“需求导向、规划先行、标准引导”的原则，加强标准的制修订工作，用高水平的标准，加速和引导产业智控水平和建设质量的提升。