【深度】解析光伏电站智能化发展趋势

随着市场的不断回归，我国光伏产业发展进入快车道。据国家能源局数据统计，2015年我国光伏新增装机总量为15.13GW，总装机容量43.18GW，超越德国摘得全球光伏装机之首的桂冠。

　　随着互联网基础设施的完善和相关分析技术的成熟，“互联网+”亦正步入快速发展期，并持续获得政策力挺。为提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，推动能源市场开放和产业升级，国家发改委、能源局、工信部近日联合发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(以下简称《意见》)。

　　《意见》提出，要推动可再生能源生产智能化，鼓励建设智能风电场、智能光伏电站等设施及基于互联网的智慧运行云平台，实现可再生能源的智能化生产；推动集中式与分布式储能协同发展，推动在集中式新能源发电基地配置适当规模的储能电站，实现储能系统与新能源、电网的协调优化运行；加快推进能源消费智能化，加强电力需求侧管理，普及智能化用能监测和诊断技术，加快工业企业能源管理中心建设，建设基于互联网的信息化服务平台。这标志着政府2015年提出的“互联网+”的能源版本正式面世。在“互联网+”的大趋势下，与其一脉相承的“智能光伏”再次受到瞩目。

　　“智能光伏”是光伏发电、信息技术两大领域的跨界和创新，带来的创新产物即为智能化光伏电站。即从电站建设到运维全流程进行优化和创新，将数字信息技术、互联网技术与光伏技术进行跨界融合，实现合理优化初始投资、降低运维成本，提高系统发电量，增加投资回报率，且能够适应包括大型地面电站、山地丘陵、农光互补和渔光互补等各种复杂场景。

　　1.智能光伏电站定义

　　所谓智能化即减少人的介入、实现全自动化无人运行，实现故障的自动发现，自动诊断和自动修复，从而提升发电量，减少维护成本，提高系统收益。

　　智能化必须经历三个阶段自动化、信息化、智能化。

　　自动化是指电站现场减少人工的工作，系统设计成无易损部件，免维护，无需专家现场进行问题诊断，无需人工现场修复；信息化是指组串的高精度智能检测，信息的高速可靠安全低成本传输，后台数据的高可靠性存储及监视；智能化则是基于大数据的问题分析，实现主动发现问题并提出运维建议基于远程移动运维，实现专家远程指导和复用；基于专家运维系统，实现预防性维护；基于自动报表系统，实现数据不同层面的自动报告。

　　1.1.自动化

　　传统方案中在自动化方面存在几个问题。

　　第一，传统方案一般放置于砖瓦房或集装箱内，设备体积大，需重型设备吊装，安装成本高。

　　第二，传统方案在汇流箱中需大量使用熔丝保护，选用熔丝做组串防护，需大量常规维护。熔丝的老化熔断随着熔丝工作时间的增长必然会发生，据统计直流熔丝电站现场失效从第4年开始失效率显着升高。

　　第三，传统方案采用外部风扇进行散热，但风扇防护等级只有IP54/55，防护等级较低，并且存在噪声大，可靠性差，更换维护成本极高等问题，最重要的是一旦风扇失效将极大减弱逆变器的散热能力。逆变器机房需要人工日常定期清扫沙尘，长年的灰尘与盐雾影响容易导致设备发生严重故障，故障需要专家现场修复，运维工作频繁，周期长损失大。

　　智能光伏电站从整体架构上来说更为简单，去除易损件，把复杂功能进行整合，去除需要维护的部件和工作。总体来说，智能光伏解决方案能让电站建设更加简单，简化设计与采购环节，缩短建设周期，简化备品备件的关系，提高系统可靠性及发电量。

　　1.2.信息化

　　传统光伏方案在设备数据通信方面并不完善。

　　传统方案数据监测颗粒度粗，精度低，传输可靠性低。集中式/集散式逆变器没有组串监控，直流汇流箱也没有组串监控，检测精度仅为3%，而且集中式只能检测电流。

　　传统方案整个通信网络信号传输可靠性低，因为传统电站子阵内RS485通信连接设备部件种类多，包括直流汇流箱、直流柜、逆变器、箱变等设备，而且大多采用不同厂家的设备，由于不同设备设计差异，不同设备连接在一起后存在地电位差，造成接口模块打坏，且无法事先对组合的部件进行系统测试。

　　传统方案环境适应性差。传统RS485经常断，与电力线缆一起铺设的时候，会受到干扰，而且在潮湿、冻土、耕地等场景易被损坏，造成通讯中断。另外电站内传输一般存在光纤环网，光纤网络发生问题后很难定位到问题出在哪里，造成故障后极难排查与恢复。

　　智能光伏解决方案能够做到更高精度的组串智能检测，子阵内传输与电站内传出分别采用更先进的PLC电力载波通信技术与4G无线通信技术。在组串检测方面，采用高精度霍尔传感器，通过高频差分算法补偿、高精度仪器出厂校准，实现0.5%高精度监测，能对组串电压、电流二维信息精确监测，精度是智能汇流箱的6倍以上。并且可以实时监控组串状态，发生异常自动告警，精确定位组串故障。

　　引入PLC电力载波通讯技术替代RS485，传输速率从RS485能达到的9.6bps(最大也只能19.2Kbps)大大提升到200Kbps。在施工方面PLC技术借用交流线做通道，不需额外布线，节省通讯线缆和施工费用0.01元/W，而传输RS485方案施工复杂，需挖沟埋线缆。PLC方案借用交流线做通道，可靠性高，器件损坏仅更换故障单板即可，可维护性好，而传输RS485方案工程接线易出错，中间断链影响局部通信，线缆断线后，需挖沟更换，可维护性差。总体来说，PLC电力载波通讯技术，能达到节省通讯线缆，提高可靠性的目的。

　　在电站内通信方式采用4G无线通信技术，构建智能管理网络，此先进的技术带来多方面的以下优点。功能方面，单站最大可覆盖80平方公里、传输时延>50ms、电站可平滑扩容。在施工运维方面，无需光纤及挖沟铺光缆、故障定位、维护简单。在管理方面，光伏电站内的移动互联网，智能光伏终端、无人机、远程专家协同高效运维。

　　1.3.智能化

　　传统光伏方案并没有涉及顶层智能化改造，而智能光伏率先提出智能化解决方案，通过建立一套全球化自动营维系统实现智能化，构建一体化云平台，构建面向“能源互联网”的应用基础。具体体现在以下几个方面

　　①大数据分析主动挖掘低效器件，实现预防性维护；

　　对于电站业主，尤其是有大量光伏电站的客户，不仅要考虑电站如何维护，更要考虑电站如何运营，主动地优化电站的运行状态，比如通过5点4段的PR分析，把每一段组件+线缆、逆变器、箱变、升压段的线损等所有的电站综合起来分析，通过横向和纵向的分析，把效率低的电站的和阶段找出来，进行优化。

　　通过大数据分析，对所有的组串和设备做离散分析，把异常但是没有出问题告警的组串/设备识别出来，比如一个热斑，系统可能没有告警，但是已经比其他组串落后，就可以通过离散分析找出来，进行预测性的维护，这就是主动经营的应用。

　　此外，还可以通过设备间的对比分析，以及设备长期以来的效率和故障统计，进行设备的评估，为未来的设备选型和方案设计提供数据参考。

　　②远程运维，电站现场“无人值班、少人值守”

　　在电站现场无需人员值班，专家在总部集中实施监控、分析即可。当电站出现问题时，主动将告警与修复建议推送值守人员，值守人员可完全按照指示处理，快速提交闭环。遇到复杂问题，可进行现场状况实时回传，包括视频、语音、数据等全方位信息，数据回传至云数据中心，由数据中心专家进行远程指导，实现保障现场人员安全、规范修复故障流程、处理结果迅速闭环。

　　③精准定位故障，减少误诊断率，提高运维效率

　　很多集中式电站中，组串发生问题都发现不了，发电量的损失根本都找不回来。结合智能光伏控制器的组串级高精度的监测，可以及时发现故障，另外通过数据库的分析，能够精确地发现是哪个设备发生故障，还能根据预制和运维经验得来的措施，提出处理建议，让运维人员有目的的上站，一次性解决问题，避免来回排查、取设备等。

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