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【深度】解析光伏电站智能化发展趋势

发布时间:2016-07-08 来源:索比光伏网 类型:产业分析 人浏览
关键字:

智能化 电站 逆变器 光伏

导  读:

智能化必须经历三个阶段:自动化、信息化、智能化。光伏电站智能化构成可分为3个层次:底层——设备硬件智能化(包括光伏组件、逆变器、配电装置等);中间层——光伏电站生产监控管理功能智能化及发电最优控制;顶层——大区域决策服务。

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。

光伏 电站 智能化 逆变器

“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年开始失效率显著升高。

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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