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华为唐杰灵:助力智能光伏成为主力能源

作者:18新利体育 发布时间:2020-08-10 20:19 点击:

  北极星太阳能光伏网讯:“通过AI技术的应用,能够很方便的帮我们更好的去利用以及减少电站的运维,还有解决可靠性的问题,AI主要的价值在这方面。”华为智能光伏电站业务规划总监唐杰灵在第十四届SNEC全球光伏大会上做了主题“助力智能光伏成为主力能源”的演讲。

  唐杰灵:我代表华为做一个分享,我们的题目是+AI见未来,主要分享两个方面,一个是对未来十年技术趋势的判断,第二重点介绍一下AI技术现在在华为的光伏逆变器上面是怎么样落地的。

  专题直播:SNEC第十四届(2020)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)论坛

  首先AI是一个非常热门的话题,时下大家都在讨论,我们看到很多生活中相关的一些领域,我们的产品生活中也会用到。对于光伏的产品,AI对光伏能带来什么样的价值和好处?先总体看一看整体的光伏逆变器的发展趋势。

  首先回顾,华为逆变器智能光伏的业务整体发展脉络,从2013、2014年开始推出华为的第一代组串式逆变器,是FusionSolar1.0,华为正确明确整个技术路线和方向围绕组串式来做,放弃了传统集中式逆变器的技术路线。大家看到,华为组串式技术路线在过去十年的时间里取得了巨大的成功,从0开始到2019年年底,整个全球累计的出货量达到118GW,占全世界出货量排名是第一。而且连续五年发货量第一,华为一直在坚持做组串式的技术路线整个技术脉络围绕一个方向走,产品的稳定性和技术路线一直延续组串;第二个是智能化和数字化,推出非常创新的应用,比如智能AI的诊断,在FusionSolar3.0的时候发布了,以及现在结合跟踪支架的控制算法,推出智能的控制算法STS,以及今年大量应用的智能并网算法,都有一些非常好的应用,而且解决了行业大量的技术问题。

  光伏是未来很大的发展趋势,我们也这样认为,我们对这个趋势的总结叫光伏将会从过去的平价趋势会进入到一个提供优质电的趋势,未来会走向主力电。从整个光伏装机容量来看,过去这些年增长的非常快,而且光伏是所有新能源里面增长最快的。光伏的LCOE下降的也非常快,目前,全世界所有的光伏市场基本上都已经实现了平价这一目的,下一阶段一定步向优质质量阶段。

  第一,全面智能化。怎么样理解大的趋势?第一个、全面数字化,智能化的前提一定是所有的设备数字化。华为为什么一直坚持组串的技术路线,因为组串在数据和信息的采集上要远远优越与传统的集中式技术路线。在设备上,包括组件以及逆变器,还有相变,所有电器设备层级,华为植入了大量的传感器,;第二个,在数据的处理和管理上,通过云计算和5G的通信技术,把数据能够传上来,而且通过云计算的手段和平台能够处理好数据。

  第二,AI驱动智能升级,有了数据之后怎么样处理这些数据?利用传统的手段很难发挥大量的数据价值,这个时候AI的作用就体现在这儿。华为主要通过配合研发的AI智能芯片,切入到光伏解决方案,帮助实现系统的设计优化和故障诊断,以及下一步的光储系统的协同。

  第三,有了全面的数字化和智能化之后,最终通过一些应用的开发,类似于无人机和机器人和清洗,视觉的识别,我们能够开发出非常多有价值的运用,解决电站成本的问题,实现电站无人化。这是第一个方面。第二方面讲电网友好,亚洲未来20年预计新增的光伏大概有6700GW,装上来之后光伏的渗透率,如果再加上风电,肯定是远远要超过50%甚至60%。光伏渗透率过高,一定会带来电网的挑战。未来三年,整个光伏市场的渗透率会全面进入30%-50%的阶段,这个情况下弱电网的挑战非常明显。中国不仅仅只有传统的交流输电网,还有大量的特高压电网,特高压电网引起相当于产生了新型的传输结构,这种结构对电网的稳定性更高。所以第一方面要求逆变器的电网性能越来越严格,今年整个中国的光伏电站出现了很多针对老电站的技术改造,原因就是要升级,升级并网能力,要满足新的电网挑战;第二点,如果要大量装新能源,装光伏、装风电,将来一定要解决对电网的冲击,光和储一定要配合。第二个趋势判断就是光储共生,光伏和储能将来一定会共生出现,离开了储能光伏不可能长久的发展,因为渗透率太高,整个电网非常弱,所有的设备都并不上去。

  第三点,随着现在大量的分布式电站的建设,每个电站都很小,但是把所有的分布式电站统一起来看,规模也是非常惊人的。现在有很多的技术,包括虚拟电站的技术VPP,这个技术会在分布式的领域对所有分散型的小电站进行聚合,然后统一进行电力调度以及参与电力的交易,催生一些新的商业模式。

  第三部分系统部件的升级。要实现前面说的两点,全面智能化和电网的友好,对系统的关键部件一定要有非常严格的要求。总体来看有三大技术趋势。

  第一,主动安全。目前在所有有人居住的地方,人活动的区域对安全的要求都是排第一位,看北美的市场以及欧洲,还有亚太,很多一些区域市场,对分布式和工商业的场景,只要有人居住,屋顶也好,车棚也好,基本上在开始要求解决安全性的问题。

  第二,模块化的设计。把电站组件的生命延长,在主力电的要求和趋势下,每个光伏电站使用寿命绝不仅仅限于20、25年,将来它的地位一定等同于传统的火电技术一样的,比如在50年的寿命里面怎么样长期的更好替换对设备的要求,最核心的要求是模块化的设计。对于光伏电站来说,一个25年,甚至50年的生命周期的投资,要想非常灵活的把生命周期的管理和维护做好,模块化是唯一的出路。传统的集中式路线长远去看是面临巨大的挑战。

  第三,高频高密。前面画的技术路标里,产品的功率从第一代20KW到现在200KW,组串式的技术路线一定会坚持产品易更换。所以不可能把这个产品做得很重、很大,一旦突破了一定的设计边界,这个产品变得更铁疙瘩一样的,人扛不动,很不便捷的时候,就失去了组串的优势。这里面带来的是高频高密,在有限的有边界的体积和面积、重量的控制之下,实现更高的功率。这个对逆变器厂家电力电子和信息技术的积累考虑的非常深,从系统智能化的方向、以及主动支撑电网和系统布置的角度列了9大方向。

  下面围绕今天的主题+AI见未来,AI现在到底能够给我们的光伏电站带来什么样惊喜的体验呢?

  首先,华为整体的解决方案分了三大场景:一个是户用解决方案,一个是工商业的,针对大型的屋顶。还有一个是大型的地面电站的场景,针对这三个场景,重点看一下在不同的应用需求下AI到底是怎么样来改变我们对逆变器产品的使用体验,以及提升客户的实际收益。

  中国地面的智能光伏,大型的电站里面组串式的比例整体已经达到了60%以上,全年下来有可能超过这个数据,2019年基本在60%以上。组串式为什么会得到大量的应用以及受到客户的认可呢?主要有几个方面,第一、发电量高,第二、可靠性高,第三、整个运维的模式和成本远远低于传统的集中式,因为我们的设备,如果说有一台两台坏了,客户的运维人员可以自己去更换的,不需要华为的人去支持、维护,整个替换的过程非常快,完全解决了传统的集中式逆变器的本质问题。

  同时也开发了智能跟踪支架的算法、AI的诊断算法、智能并网算法。在智能跟踪算法里面,过去的跟踪支架和光伏系统是两套独立的系统,跟踪支架跟踪自己的,逆变器追踪组件的最大功率,发自己的电,这两套系统之间没有通话,也不做交流。华为的改变是什么?通过逆变器来控制传统跟踪支架的控制器,通过逆变器提供控制器的功能,好处是什么?逆变器知道整个光伏系统发电量的输出,时时知道。跟踪支架在调节和转动角度的时候,到底对发电量的角度有没有好处,只有逆变器知道。利用内置AI的芯片做大量的学习,跟踪支架在不同的地形,地表的情况都不一样,逆变器在每一天的转动过程中不断收集环境的信息,去看到转动的角度和输出发电量的关系,通过这个方式建立大量的模型数据库,经过长期的学习,整个跟踪支架调度会更加精确。最终达到什么结果呢?在传统跟踪支架提供大量发电量的基础上,利用华为的设备还能再额外提升0.5%到1%,光伏的发电量提供1%是非常难的挑战。

  第二个应用是IV,右边看到的图是一个大型的上百兆的电站,里面的组件是百万、千万级别的,就是每一片的数量。十年以前华为真正思考这个解决方案之前,所有的组件都没有传感器去采集它的信息,可以理解它是一个黑盒子,不知道里面的健康状况有没有损坏,有没有发电,过去很难识别。改进的方案是什么?通过组串式的技术路线,对每一个组串都进行电压和电流的检测,而且我通过检测之后,可以通过逆变器控制组件,想知道组件的健康状态,能够模拟组件在生产线上一样的条件,可以做输出电压和电流的曲线扫描。

  第三点是电网,新能源越装越多之后,对于整个电网的冲击是非常大的。对于逆变器设备来说,逆变器是作为核心的唯一跟电网发电以及输出,全部由逆变器完成的,它是最核心的,对于这个设备的电网参数的要求特别高。可能今年电网的设备是这个状态,过了十年以后或者五年以后,再增加200GW,十年以后再增加500个GW,这时候电网装备就不一样了,这里面有个非常关键的是SCR,就是对电表强弱的表征指标,越弱的电网SCR值越低,逆变器要适应不同的SCR值。对逆变器厂家来说,我今年的逆变器产品满足SCR2.0或者3.0的要求,五年以后还能不能满足?不能让客户装一个电站,在现场十年以后这个设备就不能稳定运行了,这样对客户来说是巨大的灾难,所以对逆变器的要求是今年可能特性没有那么低,但是你将来十年以后,在不需要动硬件的基础上,通过软件的升级,解决未来面临的挑战,这个时候对产品的SCR,以及整个电网协同稳定性的要求非常非常高。

  右下角的曲线比较了两个不同逆变器产品在弱网特性下故障穿越的特性,如果你的SCR承受能力比较差,弱网的情况下来一个轻微的电压抖动有可能这个设备就宕机了,没法正常工作,这是非常大的技术趋势。长期要适应未来电网的变化,需要大量AI算法在里面才能支持。

  在工商业的场景下,典型的特征是大屋顶,刚才我提到第一点就是安全性,就是你怎么样防火,厂房屋顶底下要么有人,要么有非常宝贵的工厂,烧不起,不能够出现安全事故。在这类场景里面排第一的是安全性,这个安全性体现的就是AI的能力。目前组串的拉弧和火灾的隐患上,行业的标准目前是1699B里面定义的80米和16A,目前华为可以做到200米的距离,组件到输入端口的距离是200米我们都可以精准检测出来,电流的安培达到26A,远远超过行业标准。我们在电弧的种类上,包括串形和并形的电弧,华为都在做布局,而且已经在商用。华为的技术是目前逆变器里面做的最好的,在AI的特性里面。

  第二个是内置PID修复,目前整个组件是有可能会有PID效应的,除了把组件的特性提升之外,逆变器也能做一些事情,现在的手段是逆变器内部通过内置一个PID的功能,在夜间就可以把白天的电视,就组件的负极对边框的电势差从负电压形式调整到正电压,这样在夜间就可以把PID衰减的效应,在晚上不发电的时候拉回来一点,减缓PID的衰减的趋势。对整个组件衰减的速度起到很好的延缓作用。

  第三点在中小功率段华为所做的,整个产品系列类似于通信计算里面的技术,就是自然散热的技术,通过高可靠性、高密的设计实现自然散热。

  第一个还是针对安全。在安全性上户用又升级了,升级的是什么呢?它对每一块组件都要实现拉弧的检测以及快速的判断能力,这个在工商业场景下它的精度目前以串级为单位的,现在正在向组件级发展。华为的这个技术在组件级同样能够做到每一块组件上,实现的手段主要通过优化器,在中国不同的测试机构测试下来也是非常好的指标。

  第二个,通过优化器能够很有效的发挥屋顶复杂的场景,把发电量提升上来。最后一个,针对组件在屋顶的布局,传统的做法把组件布到屋顶上要一块块对应,通过华为AI的算法只要挂上去,系统就会自动把每一块组件在哪个位置,电器连接的逻辑关系自动识别出来,5秒之内自动全部完成,大概6到7分钟的时间,方便很多,节省安装的时间。

  我今天的分享主要这些,整个通过AI技术的应用,能够很方便的帮我们更好的去利用以及减少电站的运维,还有解决可靠性的问题,AI主要的价值在这方面。谢谢!(发言为北极星太阳能光伏网根据速记整理,未经本人审核)

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