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需求導向、標準先行,提高光伏發電的智能化水平!

   日期:2020-04-10     來源:中國能源報    瀏覽:1324    評論:0    
前言

光伏發電為間歇和波動式電源,適應范圍廣、靈活多樣是其優點,同時也帶來系統形式復雜、占地廣、設備分散、風險隱患及對電網擾動點多面廣、運維難度大等不利因素。

當前,國民經濟各行各業,依托新一代通訊技術,實現工業化與信息化的深度融合已成為產業發展轉型和技術革命的重要引擎。對光伏而言,提升產業的信息化水平,特別是系統應用的智能化水平,既是破解制約產業可持續發展瓶頸問題的鑰匙,更是實現光伏發電高比例接入的基礎。

近幾年,國內許多有識之士和企業,已認識到光伏應用未來的技術發展方向,并投入資源,開展光伏應用基礎自動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,相對于先進制造業及產業發展的客觀需求,光伏發電工程建設和運維過程的信息化和智能化程度還很初級,這方面標準的制定也還處在起步階段。以下就光伏智能化建設的重點和方向,以及相關標準的制定談些看法。

一、光伏智能化建設的方向和重點

圖1為根據個人理解,給出的光伏智能化建設重點和方向概覽。長遠看,宜圍繞圖1給出的目標和重點,確定具體的指標要求,并按照以下邏輯順序,自上而下先行規劃、自下而上分步實施,逐步提高光伏發電的智能化水平。

1)需求為導向,圍繞電網及電站運營管理長遠發展需要,系統規劃和確定光伏發電各層級智能化建設的功能需求及其分配和狀態基線,包括群控層、站控層、分子系統及其設備。特別在電網需求響應、電站安全管理、系統和設備維護方面。

2)基于所確定的功能需求及其分配和狀態基線,逐步明確整個電站、分子系統及其設備智能化設計、采購、施工和安裝、驗收、運維等方面的要求。特別是與系統和設備在線監測、響應和控制范圍、精度、延時有關的性能和指標要求,包括相關標準的制定。

3)依據系統和設備智能化方面的功能和性能要求,確定系統和設備在線監測,數據采集、分析和處理,通訊和基礎自動化等方面的建設和控制要求,包括相關技術的開發和標準制定。


圖1. 光伏智能化建設方向和重點圖示

二、光伏智能化建設中的標準需求和現狀

標準是質量的技術基礎,光伏智能化水平的提升同樣離不開標準。以下采用示例方式,說明標準在光伏智能化建設中的需求和現狀。

示例一:光伏方陣電氣安全故障

自動檢測、預警和處置

圖2為國內幾起分布式光伏電站火災事故圖例。分析不同火災事故起因,有以下幾方面的共性問題。

1)電纜選型考慮不周,敷設方案不合理。另外,現行標準未充分考慮屋面分布式光伏的特點,實際工作中,存在“合標、不合用”的問題。

2)安全防護裝置不能充分滿足屋面分布式光伏的實際需要,形同虛設。同樣存在“合標、不合用”的問題。

3)電站施工和安裝過程不規范,質量防護不到位。


圖2. 光伏電站火災案例圖

幾起火災事故的直接原因,主要是由于線纜的絕緣破損,加之濕熱影響,使其絕緣性能下降,形成局部漏電和拉弧。針對火災事故的起因,從安全防范角度,一是要針對各類火災隱患,加強各方面的安全控制,包括完善現行標準;二是要針對光伏發電的特點及少人、無人值守的客觀需要,擴展并進一步嚴格系統中在線監測和自動控制方面的功能和性能要求,提升電氣系統的本質安全度。

涉及人身和財產安全問題,各國都比較重視,大多有強制性規定,這方面的標準也比較健全??傮w看,對分布式(含戶用)光伏的電氣安全,歐美等發達國家的標準更為嚴格,除現行IEC標準中的要求,有些國家已制定了更為嚴格的標準,特別對需要重點防范和控制的問題,如防雷、拉弧檢測、故障設備或電路的快速關斷或隔離等。相對而言,我國這方面的標準還有欠缺。由于標準上的差異,對制造企業而言,逐步形成了內外有別的態勢。

如前所述,光伏電站電氣火災致因中,直流拉弧為主要殺手,電站建設和運維環節,都應將其作為防范的重點,特別對屋面或建筑一體的分布式光伏。圖3為光伏方陣拉弧類型圖例。歐美國家現行標準中,已針對圖中所示的串聯電弧的檢測和故障處理提出了控制要求,包括拉弧檢測的范圍、精度、故障關斷的響應時間等,我國還缺少相關的標準。

過去幾年,分布式光伏,特別是戶用光伏在我國迅速發展,可以說,光伏發電已走進千家萬戶,未來也還有很大的發展空間。安全為天,我國應進一步強化分布式,特別是戶用光伏的安全管理,從安全和消防角度,需要制定標準和規范,以正確引導相關領域產品的質量管控和技術方向。


圖3. 方陣中拉弧類型示例

示例二:組串IV故障檢測

圖4為根據鑒衡對不同類型和區域、200座樣本電站的檢測結果,給出的光伏電站直流側各類電能損失的統計結果。圖5為IEC62446-1標準中給出的正常及不良運行環境和質量狀況下,組串IV曲線的表象形式。

圖5. 組串IV曲線圖

對光伏發電而言,直流側理想的IV輸出等同于理想的發電狀態。圖4中各類電能損失根源或狀態出現都會導致組串輸出偏離正常范圍,特別是Voc、Isc、Vmp、Imp等關鍵電學參數?;诖?,華為率先推出了帶有IV掃描或故障診斷功能的逆變器,并取得了較好的應用效果。華為之后,其他逆變器器企業也先后推出了帶有IV掃描或故障診斷功能的逆變器,但應用效果存在差異。

趨勢判斷,組串級IV診斷將成為電站運行監控的必備功能。從應用情況看,現有IV診斷功能,從診斷范圍和精度上看,尚處在中級或初級應用階段。為使IV診斷發揮更大的作用,一是要根據電站智能化建設的總體需求,制定出科學合理、有前瞻和引導性的標準;二是開發出可以涵蓋現有失效模式的數據庫和具有自學習功能的基礎模型或軟件;三是要嚴格IV診斷功能的驗證和確認程序,以保證漏檢和誤檢的比率控制在合理水平。

三、結語

光伏產業已處在高速度向高質量發展的轉型期,以互聯網、大數據、人工智能、區塊鏈、5G等新一代通訊和信息技術為抓手,提高光伏應用的智能化水平,進而實現產業的高質量發展已是不二選擇。在產業智能化建設過程中,應遵循“需求導向、規劃先行、標準引導”的原則,加強標準的制修訂工作,用高水平的標準,加速和引導產業智控水平和建設質量的提升。 
 

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