华为以数字信息技术助力打造智能光伏电站

作为全球领先的信息与通信解决方案供应商，华为进入光伏领域后，一直在思考将华为数字信息技术领域的深厚积累引入光伏领域，通过跨界融合和创新，为光伏产业持续健康发展贡献力量。华为在与广大客户的沟通交流中，基于对光伏产业和电站运营的深入理解，提出 “硅进铜退”的产品设计理念和“智能光伏电站”创新解决方案，获得规模应用，并于2014年4月发表了“华为，以技术创新助力光伏产业持续健康发展”的主题文章，系统性地阐述了华为的价值主张，得到业界高度认同和广泛共鸣。在5月中国上海SNEC展会及6月德国慕尼黑Intersolar展会上，华为智能光伏电站解决方案又掀起了新一轮应用高潮，华为和全球多家顶级电站投资运营商签署了合作协议，2014年上半年，华为智能光伏电站解决方案累计获得订单超过2GW。


在华为智能光伏电站解决方案规模应用过程中，客户给予了我们许多宝贵的建议，启发我们进一步思考：数字信息技术与光伏技术的融合不仅仅在逆变器本身，而要把电站作为可交付的产品，在光伏电站系统层面进行创新，只有这样才能给客户创造更大价值，才能突破行业发展瓶颈，才能真正引领光伏技术革命。

同时，我们也深刻认识到光伏行业的持续健康发展，需要全产业链的共同努力和参与。我们愿意分享智能光伏电站解决方案的理念和最新研究成果，和更多合作伙伴一起来共同完善智能光伏电站解决方案，把智能光伏电站解决方案打造成一个开放的平台，迅速扩大智能光伏电站应用规模，增强光伏行业的竞争力，从而带动产业升级。

本文主要从以下三个方面对智能光伏电站解决方案进行阐述：光伏发电的机遇与挑战；智能光伏电站的定义和理念；智能光伏电站的关键技术和客户价值。

一、 光伏发电的机遇与挑战
光伏发电，作为可再生能源的重要组成部分，由于具备直接利用效率高，可持续发展，绿色无污染，可灵活部署等优点，在能源供给体系里占有越来越重要的位置，正持续向上快速发展。预计2014年全球光伏市场新增装机接近50GW，中国、日本、美国和英国等国家将成为下半年光伏市场的主要推动力。

光伏行业存在巨大潜力和发展机遇的同时，也面临严峻挑战：

1、 目前光伏发电成本相比化石能源等偏高，为保证收益，需要降低成本，当前单纯依靠部件降成本，导致产品质量下降的矛盾越来越突出，影响整个光伏行业的可持续发展，急需技术突破和变革。
2、 现有传统电站建设模式，无法应对场景多样性的要求。如防护等级低，不适应风沙、盐雾等恶劣环境；MPPT路数少，无法有效应对衰减、遮挡、朝向不一致等导致的组件不匹配，减少发电量；存在大量熔丝、风扇等易损部件，建设和维护工作量大，增加管理和维护成本。
3、 光伏的存量规模越来越大，管理维护越来越困难。以管理1GW电站来说，系统有4百万块组件，2万个汇流与逆变节点，分散在全国乃至全球不同区域。现有维护主要依靠人工巡查和手工报表等方式，运维人员和工作量将随电站规模呈几何级数增加，规模增加但没有带来规模效益。如果没有一套完整的管理解决方案，大规模部署和长期运营将难以为继。
要应对上述挑战，局限在光伏技术和电力电子领域是远远不够的。华为主张一是要从电站端到端全流程系统角度进行思考和创新，发挥系统组合的优势。二是要考虑跨界的技术融合和创新，传统的电力电子行业发展相对缓慢，更多地依赖硬件成本降低和单一产品性能提升，而ICT（信息通信技术）领域的发展遵循摩尔定律，每18个月同等价格的产品性能提升一倍，互联网的快速发展已经深刻的改变了人类生活及社会管理方式。将信息领域的最新成果引入光伏行业，通过两者的跨界融合，实现降低初始投资和运维成本，提高系统发电量，从而推动光伏行业的突破性发展和变革。

二、 智能光伏电站的定义和理念
智能光伏电站是以光伏电力变换与电力传输网络为基础，将现代先进的数字信息技术、通信技术、互联网技术、云计算技术、大数据挖掘技术与光伏技术高度融合而形成的新型电站。它以充分满足客户对光伏电站的高发电量、低初始投资、低运维成本、高可靠性和安全性等需求为目的，在25年生命周期内，实现高收益、可运营、可管理、可演进。

智能光伏电站有两大核心理念：一是全数字化电站，二是让电站更简单。

全数字化光伏电站首先是对现有的光伏发电部分进行智能化改造，使传统的逆变器不仅仅是发电部件，而且是一个集电力变换、远程控制、数据采集、在线分析、环境自适应等于一体的智能控制单元，成为电站的神经末梢与区域控制的中心；其次，通过对现有RS485等低速传输通道的升级，使整个电站形成融合语音与视频通信、快速灵活部署、免维护的高速互联网络，铺设电站信息流通的高速公路；最后，收集到的电站完整信息统一上传到云端存储，利用大数据分析与挖掘引擎，实现对电站的智能化管理及电站性能的持续优化。

下图是智能光伏电站的整体架构图，橙色部分是光伏电站智能化改造的重点。
让电站更简单：无逆变器房、直流汇流箱等系统多余设施，无熔丝、风扇等易损部件，实现电站的简洁化、标准化交付，电站所有部件能够满足风沙、盐雾、高温高湿、高海拔等各种复杂环境25年免维护、可靠运行的质量要求，建设与运维更加简单，最大程度保护客户投资。

通过全数字化电站、让电站更简单等创新理念，最终目的是打造“智能、高效、安全、可靠”的智能光伏电站整体解决方案，实现客户价值最大化。下面从“智能、高效、安全、可靠”四个维度进一步阐释智能光伏电站的关键技术与客户价值。

三、 华为智能光伏电站的关键技术与客户价值

• 1. 智能全数字化光伏电站，使电站真正实现“可信、可视、可管、可控”。智能控制器实现对每一路电池组串电流电压等信息的高精度采集（检测精度达到0.5%以上），通过高速互联网络，传送到光伏电站控制中心进行进一步的处理，实现“可信”与“可视”；由于传送带宽的增加和传输时延的减少（达到ms级），大大提高电站的控制速度，实现“可控”；通过华为打造的开放的电站管理系统及大数据分析引擎，实现电站的“可管”。光伏电站数字化后，为未来业务和商业模式创新奠定了基础，如通过移动互联网，用户可以认购指定位置的电池板或者组串，并通过手机App实时获取收益情况。
• 大数据分析引擎和专家运维系统的引入，及时发现潜在缺陷，挖掘收益提升空间。通过数据实时采集、云存储和在线专家分析系统，电站可自动体检，给出基于收益最大化的维护建议，如清洗建议、部件更换和维护建议等，实现预防性维护；积累长期运营数据，综合分析自然环境，辐照量等环境因素，通过对智能控制单元算法在线调整或软件升级，使电站在不同环境下系统部件运行在最佳匹配状态，实现收益的最大化。
• 创新组网方案，打破现有设计束缚，从简化建设，最佳系统性能匹配、简化维护等角度，重新对组件、线缆、逆变器、升压变、监控与数据采集单元等系统部件进行组合优化；同时减少部件种类，更加标准化，更利于自动化生产；通过工厂预装和接插件安装，减少现场施工成本，提高施工质量。
• 打造“可升级、可扩容、可演进”的光伏电站。当组件技术进步，运行环境发生变化时，利用智能控制器的软件可远程在线升级，后向兼容设计等特性，无需更换网上运行设备，通过算法升级就能够享受最新的技术成果，最大化重用现有设备。
• 智能主动电网自适应技术，利用智能控制器的高速处理能力、高采样和控制频率、控制算法等优势，主动适应电网的变化，实现更好的多机并联控制，更佳的并网谐波质量，更好地满足电网接入要求，提高在恶劣电网环境下的适应能力。

2. 高效

• 高效发电：简洁化的组网方案降低系统损耗；多路MPPT技术，降低遮挡、灰尘、组串失配的影响，平坦地形下发电量提升5%以上；在屋顶、山地电站中降低不同朝向、阴影遮挡的影响，发电量提升8-10%；与跟踪系统的配合使用，跟踪控制与控制器集成，能够实现对支架的独立跟踪，提升发电量，智能控制器和跟踪支架成为最佳的伴侣。
• 高效运维：管理大师德鲁克说过：“没有度量就没有管理”。全球化、分层部署的电站管理与运维系统，使部署在不同位置的电站在逻辑上当做一个电站进行管理。总部能够全局掌握各个电站的运行情况和收益对比，为考核及管理改进奠定基础。分布在各地的电站，可通过无人机实施大范围的巡检，一线人员通过定制化的运维智能终端，实现与总部专家运维团的视频、语音、位置与故障信息的实时互动，实现前后方远程协同运维，降低一线运维人员的技能要求，最大化的复用总部专家资源，实现人员的最优化配置，提高系统的维护效率。

3. 安全

• 安全规避PID效应：PID导致的组件功率衰减会极大的影响投资收益，通过智能控制器自动检测组件电势，主动调整系统工作电压，使电池板负极无需接地的情况下，实现对地正压，有效规避PID效应；由于电池板负极无需接地，加上逆变器内部的残余电流监测电路，能够在检测到漏电流大于30毫安的情况下，150ms内切断电路，实现了主动安全。
• 智能光伏电站对环境友好。智能控制器无风扇设计，实现了29dB的低环境噪声；无需土建机房，减少对植被及土壤等环境破坏；电磁辐射小，保护人体健康。智能光伏电站实现了人与环境和谐共处，大大增加了光伏电站的适用范围，为光伏入户创造了条件。
• 降低直流传输的距离，实现主动安全。直流的安全传输与防护是重点，也是难点。智能光伏电站采用无直流汇流设计，组串输出的直流电直接进入逆变器变为交流电进行远距离传输，主动规避直流传输带来的安全和防护问题，降低直流拉弧带来的安全隐患，使电站更加安全。

4. 可靠
25年系统可靠性：IP65防护等级，实现内外部的环境隔离，使器件保持在稳定的运行环境中，降低温度、风沙、盐雾等外部环境对器件寿命的影响；减少易损件使用，无熔丝、风扇等需定期更换器件，实现系统免维护；借鉴华为通信基站产品全球海量发货及部署的设计和质量管理经验，从器件到系统实现25年可靠性设计及寿命仿真，加上严格的验证测试，保证系统部件在整个生命周期内无需更换，可靠经济运行。

“智能、高效、安全、可靠”的智能光伏电站解决方案已经得到越来越广泛的部署和应用。在不增加客户的投资情况下，提升系统发电量，提高维护效率，增强系统安全性，实现二十五年可靠运行等优点，获得越来越多的客户认可。我们相信，融合了数字信息技术、互联网技术与光伏技术的智能光伏电站解决方案，能够帮助客户更好的解决光伏电站面临的问题和挑战，顺应能源发展大势，成为业界主流，推动产业升级。

正如杰里米•里夫金在《第三次工业革命》一书中向世人描绘的美好未来：在新时代，数以亿计的人们将在自己家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源，并通过“能源互联网”进行分享。新时代的序幕刚刚开启，而机会将更多的眷顾那些锐意进取、勇于创新，积极拥抱变化的人们。华为希望在智能光伏电站的开放平台上，与合作伙伴一起共同分享与成长，引领绿色能源技术革命，开创绿色能源的美好未来！