國家能源局數(shù)據(jù)顯示，截至2024年9月，我國光伏累計裝機容量已超770GW，占據(jù)全部電源結構的24%。錨定能源轉型宏觀大計，風、光新能源建設仍將按下“加速鍵”。據(jù)第三方機構彭博新能源財經(jīng)最新預測，2025~2030年光伏年平均裝機容量將超過700GW，到2030年全球累計光伏裝機容量將達到6.7TW。
無論是規(guī)模倒逼，亦或主力能源之責，光伏電站安全均已成為行業(yè)必答題。
01
安全，有章可循
近兩年，大功率設備廣泛應用于光伏項目中，功率提升、電壓抬升后，帶來的安全問題逐漸顯現(xiàn)。尤其是隨著光儲融合成為趨勢，儲能系統(tǒng)自身安全性同樣給電站安全帶來考驗。不僅如此，光伏電站應用場景日益多樣化，設備經(jīng)常要承受風沙、高溫、高濕、高腐蝕等多種惡劣條件的考驗，安全隱患驟增。更為重要的是，隨著光伏大規(guī)模并網(wǎng)，高比例電力電子設備的接入、控制，嚴重影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定與安全。
事實上，為切斷安全事故“導火索”，以華為為代表的頭部企業(yè)運用數(shù)字化、智能化手段提升設備主動安全能力，引領光伏電站智能安全防護技術升級。然而目前行業(yè)對光伏電站安全沒有統(tǒng)一的衡量標準，各企業(yè)對安全的定義不同，所推出的解決方案以及技術檢測能力、防護等級相差甚遠。
為此，華為聯(lián)合鑒衡發(fā)布《光伏發(fā)電站場內(nèi)及并網(wǎng)安全技術白皮書》（以下簡稱白皮書），將安全相關特性的具體指標分層分級，使選擇標準和解題思路更加明晰，對行業(yè)意義重大。
設備側：重構電氣安全
光伏電站安全問題主要分為設備側和電網(wǎng)側。設備側典型故障包括接地故障、直流線纜反接故障、端子接觸故障、交流側噴弧故障、交流側絕緣故障等。
絕緣失效是十分常見的電氣故障。行業(yè)標準要求光伏逆變器在系統(tǒng)啟動前進行對地絕緣檢測，但實際絕緣故障定位精準度千差萬別，無法及時準確判斷故障位置。白皮書將絕緣定位分級按檢測定位范圍分為4級，L1級僅能定位到子陣，L2級定位到逆變器，而L4級可定位到組件級，能自動定位到故障MPPT和故障點，定位精度達到±2片組件。
為解決行業(yè)痛點，作為業(yè)內(nèi)智能技術排頭兵，華為再次將創(chuàng)新拔至高點，創(chuàng)新推出MPPT級直流絕緣故障診斷技術，在逆變器檢測到對地絕緣阻抗低時，自動啟動絕緣定位功能，通過智能感知電壓的變化，自動定位識別到故障點所在的MPPT和故障點在組串中的位置，大大縮短了故障定位時間。經(jīng)認證，2024年華為獲得了鑒衡認證中心頒發(fā)的業(yè)內(nèi)首張絕緣阻抗檢測及定位性能最高L4等級認證證書。
端子接觸不良易導致端子過溫，嚴重時將引發(fā)火災。破解端子接觸故障，行業(yè)盛行的智能端子溫度檢測技術。白皮書根據(jù)保護范圍和精度，將其分為4級。等級越高，對采樣點數(shù)、測量溫度誤差、保護溫度精度、保護溫度一致性、保護時間精度、保護時間一致性等指標要求更為嚴格。
與業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)方案不同，華為創(chuàng)新采用接線端子上板設計，通過自動化生產(chǎn)提升端子的可靠性，同時采用智能化的手段實時檢測端子溫度異常，在達到一定閾值時實現(xiàn)自動告警與停機，避免故障進一步惡化和擴散，從而保護電站設備和財產(chǎn)安全。華為智能端子檢測技術獲得了鑒衡頒發(fā)的L4最高等級認證證書。
根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，超過70%的光伏電站故障是由直流側故障引起。為精準識別直流側故障，華為通過數(shù)字化和智能化手段，首創(chuàng)了智能組串分斷技術（SSLD-TECH），并推動該技術標準分類分級。白皮書顯示，依據(jù)CGC/GF 192—2021《智能組串分斷技術評價規(guī)范》的等級劃分標準，分斷精度分為兩級，其中I級要求電流和時間設定值達到±2%。華為智能組串分斷技術能自動識別電流反灌、端子反接、內(nèi)部短路等常見故障，實現(xiàn)毫秒級分斷。該技術被認定符合IEC 62548 標準要求，性能等級達到CGC/GF 192—2021中的“I”等級。
除光伏設備安全外，儲能安全更加不容忽視。而儲能的安全不僅僅是電芯安全，還需要考慮機電、熱、環(huán)境、系統(tǒng)和電網(wǎng)等環(huán)節(jié)，尤其是全生命周期的物理變化，才能確保全架構的安全。對此，華為基于“從芯到網(wǎng)層層防控、疏堵結合”的安全設計理念，通過電芯級 “一芯一隔離”，電池包級“一包三保護”，電池簇級“一簇六防護”等手段，在電芯級保障熱失控不起火，電池包級做到熱失控不擴散，系統(tǒng)級保障熱失控不傷人，電網(wǎng)級保障全電網(wǎng)環(huán)境下的安全穩(wěn)定運行。并結合BMS全鏈路多維度智能診斷，打造極致安全的儲能系統(tǒng)，全面提升系統(tǒng)主動安全能力。
電網(wǎng)側：從支撐電網(wǎng)到主動構網(wǎng)
白皮書指出，發(fā)生電氣故障的原因不僅存在于設備本體，還需考慮設備并網(wǎng)運行后，來自電網(wǎng)的故障擴散。電網(wǎng)側典型故障則涵蓋電網(wǎng)高低電壓穿越故障以及低SCR下諧波控制差、寬頻振蕩而導致的設備安全問題等。
隨著新能源滲透率的提升，接入過程中遇到了多種發(fā)展挑戰(zhàn)，逆變器的并網(wǎng)安全技術要求也在逐步提高，要求逆變器測得準、控的穩(wěn)。今年，新國標《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)范》（2024 年 GB/T 19964）正式發(fā)布實行，提高了高電壓穿越，連續(xù)高低電壓穿越，提高運行適應性等新技術要求，考驗著逆變器支撐電網(wǎng)的能力。
在此，華為基于多年技術積累和儲備，快速執(zhí)行新標準切換工作，并迅速完成電科院相關測試，其主力SUN2000-300KTL逆變器是首個完成新國標切換的大功率組串式逆變器。在連續(xù)高低電壓穿越、主動諧波抑制、寬頻震蕩抑制等關鍵并網(wǎng)支撐技術方面，華為逆變器均明顯優(yōu)于業(yè)內(nèi)水平，在更好滿足電能質(zhì)量要求、更好適應復雜并網(wǎng)環(huán)境的同時，可有效支撐高比例新能源并網(wǎng)消納。
在電網(wǎng)支撐技術之外，近年來華為在構網(wǎng)技術領域也取得了令人矚目的成果：華為智能組串式構網(wǎng)型儲能解決方案，通過多場站級自同步幅頻調(diào)制技術、寬頻自穩(wěn)和致穩(wěn)控制技術，首創(chuàng)的新型智能組串式儲能雙級變換架構下電壓與有功功率解耦控制技術等，并在青海、新疆等多個省份與自治區(qū)得到規(guī)模應用。今年7月，來自國家電網(wǎng)、中國南方電網(wǎng)、中國電力科學研究院，以及電力企業(yè)與高校的多位院士與行業(yè)專家對華為的智能組串式構網(wǎng)型儲能進行了技術鑒定與評估。鑒定意見認為該技術可以有效提升新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平以及新能源并網(wǎng)消納的能力，處于國際領先水平。
顯而易見，通過具體指標的分層分級，光伏電站安全將建立起更加清晰的評價標準，從而讓安全等級有章可循。并且，以華為為引領，光伏電站安全被提升至全新高度。不僅著眼于設備本體的靜態(tài)安全，而是站在系統(tǒng)視角，針對電網(wǎng)側故障構建全方位的安全防護，關注電網(wǎng)安全，保障電站在全生命周期內(nèi)實現(xiàn)安全、穩(wěn)定并網(wǎng)。
02
應用，有例可鑒
光伏電站安全，既離不開權威認證的背書，更要經(jīng)得起電站運行的實踐檢驗。在流域高原、沙戈荒、海上等復雜場景下，光伏設備要承受高海拔、高溫、高濕、高鹽霧等多種惡劣環(huán)境挑戰(zhàn)，更加考驗設備的防護等級和主動安全能力。此外，光伏發(fā)電滲透率持續(xù)攀升，對電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定性帶來沖擊，因此將光伏發(fā)電更加平滑穩(wěn)定輸入電網(wǎng)，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定同樣重要。
在海光、水光、南方高溫高濕場景下，絕緣問題尤為突出。以山東某漂浮電站為例，該電站共安裝了1600臺逆變器，項目運行初期，因為腐蝕和線纜破損等問題多次觸發(fā)逆變器絕緣阻抗低等故障報警，單月報警數(shù)最高達上萬次。傳統(tǒng)模式下，需要安排人員乘船到逆變器所在位置逐一對比，難度大、風險高。“華為MPPT級絕緣診斷技術，只需要排查4到5個組串，小于10根線纜，提升6倍的故障定位精度，大大提升運維效率。”相關運維人員介紹。
端子起火是沙戈荒場景下常見的問題，內(nèi)蒙古某沙漠電站充分印證了智能端子溫度檢測的重要性。據(jù)站內(nèi)人員介紹，該電站部分安裝的逆變器不具備端子溫度檢測功能，在運行階段出現(xiàn)了逆變器端子燒毀，逆變器直流側燒毀、內(nèi)部炸機等事故。而華為逆變器具備智能端子溫度檢測的功能，2024年1-5月期間，共計攔截多次交流端子異常和直流端子異常，充分保障電站平穩(wěn)運行。
高海拔環(huán)境會導致電氣設備的絕緣強度降低，同時低溫和低氣壓也會降低設備可靠性，對電站主動安全能力提出了更高要求。中國西南流域某水光互補電站，海拔約4600m，總容量1GW，電站全部采用具備智能組串分斷功能的華為解決方案。據(jù)相關工作人員介紹，該項目自2023年6月順利并網(wǎng)后持續(xù)穩(wěn)定運行，2024年第一季度期間共幫助客戶發(fā)現(xiàn)上千次電流反灌告警或分斷，規(guī)避了多起可能引發(fā)安全事故的問題，充分保障電站的直流側電氣安全。
沙特紅海項目是構網(wǎng)支撐的重要實踐。據(jù)了解，沙特紅海項目由400MW光伏與1.3GWh 儲能配合構成電網(wǎng)，生物質(zhì)柴油機組作為備用，該系統(tǒng)對光儲構網(wǎng)與維持電網(wǎng)穩(wěn)定有極高要求。作為一個光儲協(xié)同構建的電網(wǎng)，整體運行邏輯以及電網(wǎng)的性能指標等都需要進行詳細設計與仿真。華為憑借自身在設計、仿真以及實驗平臺的強大能力，利用近兩年時間，幫助完成客戶完成相關工作，包括但不限于光儲協(xié)同構網(wǎng)，電網(wǎng)SCR設計，能量分發(fā)邏輯，電網(wǎng)控制的穩(wěn)態(tài)設計，暫態(tài)設計，一二次調(diào)頻調(diào)壓， GW級同步黑啟動等，并在實際環(huán)境中驗證，助力沙特紅海新城實現(xiàn)100%新能源穩(wěn)定供電的目標。
安全是光伏電站穩(wěn)定運行的基石。作為行業(yè)領軍者，華為提出系統(tǒng)安全理念。基于30多年來在電力電子技術和數(shù)字技術的沉淀，華為將智能化、數(shù)字化技術與光伏創(chuàng)新融合，從關注設備單點安全到多維系統(tǒng)安全，實現(xiàn)從被動響應到主動預防的轉變，樹立了光伏電站安全新標桿。
面向未來，隨著風光大基地建設、運營進入深水區(qū)，將帶來電網(wǎng)、運營、安全等新挑戰(zhàn)，如何進一步完善涵蓋全生命周期和多維安全領域的標準，運用智能化、數(shù)字化手段打造高質(zhì)量電站，推動光伏邁向 “主力電”“優(yōu)質(zhì)電” 的行列，這是亟待企業(yè)與行業(yè)共同完成的答卷！
原標題：從設備到電網(wǎng) 全方位解鎖光伏電站安全密碼
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