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國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2024年9月，我國(guó)光伏累計(jì)裝機(jī)容量已超770GW，占據(jù)全部電源結(jié)構(gòu)的24%。錨定能源轉(zhuǎn)型宏觀大計(jì)，風(fēng)、光新能源建設(shè)仍將按下“加速鍵”。據(jù)第三方機(jī)構(gòu)彭博新能源財(cái)經(jīng)最新預(yù)測(cè)，2025~2030年光伏年平均裝機(jī)容量將超過(guò)700GW，到2030年全球累計(jì)光伏裝機(jī)容量將達(dá)到6.7TW。

無(wú)論是規(guī)模倒逼，亦或主力能源之責(zé)，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(shè)備廣泛應(yīng)用于光伏項(xiàng)目中，功率提升、電壓抬升后，帶來(lái)的安全問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。尤其是隨著光儲(chǔ)融合成為趨勢(shì)，儲(chǔ)能系統(tǒng)自身安全性同樣給電站安全帶來(lái)考驗(yàn)。不僅如此，光伏電站應(yīng)用場(chǎng)景日益多樣化，設(shè)備經(jīng)常要承受風(fēng)沙、高溫、高濕、高腐蝕等多種惡劣條件的考驗(yàn)，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(shè)備的接入、控制，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定與安全。

事實(shí)上，為切斷安全事故“導(dǎo)火索”，以華為為代表的頭部企業(yè)運(yùn)用數(shù)字化、智能化手段提升設(shè)備主動(dòng)安全能力，引領(lǐng)光伏電站智能安全防護(hù)技術(shù)升級(jí)。然而目前行業(yè)對(duì)光伏電站安全沒(méi)有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)對(duì)安全的定義不同，所推出的解決方案以及技術(shù)檢測(cè)能力、防護(hù)等級(jí)相差甚遠(yuǎn)。

為此，華為聯(lián)合鑒衡發(fā)布《光伏發(fā)電站場(chǎng)內(nèi)及并網(wǎng)安全技術(shù)白皮書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)白皮書(shū)），將安全相關(guān)特性的具體指標(biāo)分層分級(jí)，使選擇標(biāo)準(zhǔn)和解題思路更加明晰，對(duì)行業(yè)意義重大。

設(shè)備側(cè)：重構(gòu)電氣安全

光伏電站安全問(wèn)題主要分為設(shè)備側(cè)和電網(wǎng)側(cè)。設(shè)備側(cè)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(cè)噴弧故障、交流側(cè)絕緣故障等。

絕緣失效是十分常見(jiàn)的電氣故障。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求光伏逆變器在系統(tǒng)啟動(dòng)前進(jìn)行對(duì)地絕緣檢測(cè)，但實(shí)際絕緣故障定位精準(zhǔn)度千差萬(wàn)別，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確判斷故障位置。白皮書(shū)將絕緣定位分級(jí)按檢測(cè)定位范圍分為4級(jí)，L1級(jí)僅能定位到子陣，L2級(jí)定位到逆變器，而L4級(jí)可定位到組件級(jí)，能自動(dòng)定位到故障MPPT和故障點(diǎn)，定位精度達(dá)到±2片組件。

為解決行業(yè)痛點(diǎn)，作為業(yè)內(nèi)智能技術(shù)排頭兵，華為再次將創(chuàng)新拔至高點(diǎn)，創(chuàng)新推出MPPT級(jí)直流絕緣故障診斷技術(shù)，在逆變器檢測(cè)到對(duì)地絕緣阻抗低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)絕緣定位功能，通過(guò)智能感知電壓的變化，自動(dòng)定位識(shí)別到故障點(diǎn)所在的MPPT和故障點(diǎn)在組串中的位置，大大縮短了故障定位時(shí)間。經(jīng)認(rèn)證，2024年華為獲得了鑒衡認(rèn)證中心頒發(fā)的業(yè)內(nèi)首張絕緣阻抗檢測(cè)及定位性能最高L4等級(jí)認(rèn)證證書(shū)。

端子接觸不良易導(dǎo)致端子過(guò)溫，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)火災(zāi)。破解端子接觸故障，行業(yè)盛行的智能端子溫度檢測(cè)技術(shù)。白皮書(shū)根據(jù)保護(hù)范圍和精度，將其分為4級(jí)。等級(jí)越高，對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)、測(cè)量溫度誤差、保護(hù)溫度精度、保護(hù)溫度一致性、保護(hù)時(shí)間精度、保護(hù)時(shí)間一致性等指標(biāo)要求更為嚴(yán)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(shè)計(jì)，通過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)提升端子的可靠性，同時(shí)采用智能化的手段實(shí)時(shí)檢測(cè)端子溫度異常，在達(dá)到一定閾值時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)告警與停機(jī)，避免故障進(jìn)一步惡化和擴(kuò)散，從而保護(hù)電站設(shè)備和財(cái)產(chǎn)安全。華為智能端子檢測(cè)技術(shù)獲得了鑒衡頒發(fā)的L4最高等級(jí)認(rèn)證證書(shū)。

根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)，超過(guò)70%的光伏電站故障是由直流側(cè)故障引起。為精準(zhǔn)識(shí)別直流側(cè)故障，華為通過(guò)數(shù)字化和智能化手段，首創(chuàng)了智能組串分?jǐn)嗉夹g(shù)（SSLD-TECH），并推動(dòng)該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)分級(jí)。白皮書(shū)顯示，依據(jù)CGC/GF 192—2021《智能組串分?jǐn)嗉夹g(shù)評(píng)價(jià)規(guī)范》的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，分?jǐn)嗑确譃閮杉?jí)，其中I級(jí)要求電流和時(shí)間設(shè)定值達(dá)到±2%。華為智能組串分?jǐn)嗉夹g(shù)能自動(dòng)識(shí)別電流反灌、端子反接、內(nèi)部短路等常見(jiàn)故障，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)分?jǐn)唷Ｔ摷夹g(shù)被認(rèn)定符合IEC 62548 標(biāo)準(zhǔn)要求，性能等級(jí)達(dá)到CGC/GF 192—2021中的“I”等級(jí)。

除光伏設(shè)備安全外，儲(chǔ)能安全更加不容忽視。而儲(chǔ)能的安全不僅僅是電芯安全，還需要考慮機(jī)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(gòu)的安全。對(duì)此，華為基于“從芯到網(wǎng)層層防控、疏堵結(jié)合”的安全設(shè)計(jì)理念，通過(guò)電芯級(jí) “一芯一隔離”，電池包級(jí)“一包三保護(hù)”，電池簇級(jí)“一簇六防護(hù)”等手段，在電芯級(jí)保障熱失控不起火，電池包級(jí)做到熱失控不擴(kuò)散，系統(tǒng)級(jí)保障熱失控不傷人，電網(wǎng)級(jí)保障全電網(wǎng)環(huán)境下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。并結(jié)合BMS全鏈路多維度智能診斷，打造極致安全的儲(chǔ)能系統(tǒng)，全面提升系統(tǒng)主動(dòng)安全能力。

電網(wǎng)側(cè)：從支撐電網(wǎng)到主動(dòng)構(gòu)網(wǎng)

白皮書(shū)指出，發(fā)生電氣故障的原因不僅存在于設(shè)備本體，還需考慮設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行后，來(lái)自電網(wǎng)的故障擴(kuò)散。電網(wǎng)側(cè)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(dǎo)致的設(shè)備安全問(wèn)題等。

隨著新能源滲透率的提升，接入過(guò)程中遇到了多種發(fā)展挑戰(zhàn)，逆變器的并網(wǎng)安全技術(shù)要求也在逐步提高，要求逆變器測(cè)得準(zhǔn)、控的穩(wěn)。今年，新國(guó)標(biāo)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（2024 年 GB/T 19964）正式發(fā)布實(shí)行，提高了高電壓穿越，連續(xù)高低電壓穿越，提高運(yùn)行適應(yīng)性等新技術(shù)要求，考驗(yàn)著逆變器支撐電網(wǎng)的能力。

在此，華為基于多年技術(shù)積累和儲(chǔ)備，快速執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)切換工作，并迅速完成電科院相關(guān)測(cè)試，其主力SUN2000-300KTL逆變器是首個(gè)完成新國(guó)標(biāo)切換的大功率組串式逆變器。在連續(xù)高低電壓穿越、主動(dòng)諧波抑制、寬頻震蕩抑制等關(guān)鍵并網(wǎng)支撐技術(shù)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(yīng)復(fù)雜并網(wǎng)環(huán)境的同時(shí)，可有效支撐高比例新能源并網(wǎng)消納。

在電網(wǎng)支撐技術(shù)之外，近年來(lái)華為在構(gòu)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域也取得了令人矚目的成果：華為智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能解決方案，通過(guò)多場(chǎng)站級(jí)自同步幅頻調(diào)制技術(shù)、寬頻自穩(wěn)和致穩(wěn)控制技術(shù)，首創(chuàng)的新型智能組串式儲(chǔ)能雙級(jí)變換架構(gòu)下電壓與有功功率解耦控制技術(shù)等，并在青海、新疆等多個(gè)省份與自治區(qū)得到規(guī)模應(yīng)用。今年7月，來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)、中國(guó)南方電網(wǎng)、中國(guó)電力科學(xué)研究院，以及電力企業(yè)與高校的多位院士與行業(yè)專(zhuān)家對(duì)華為的智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能進(jìn)行了技術(shù)鑒定與評(píng)估。鑒定意見(jiàn)認(rèn)為該技術(shù)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(guó)際領(lǐng)先水平。

顯而易見(jiàn)，通過(guò)具體指標(biāo)的分層分級(jí)，光伏電站安全將建立起更加清晰的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而讓安全等級(jí)有章可循。并且，以華為為引領(lǐng)，光伏電站安全被提升至全新高度。不僅著眼于設(shè)備本體的靜態(tài)安全，而是站在系統(tǒng)視角，針對(duì)電網(wǎng)側(cè)故障構(gòu)建全方位的安全防護(hù)，關(guān)注電網(wǎng)安全，保障電站在全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定并網(wǎng)。

02

應(yīng)用，有例可鑒

光伏電站安全，既離不開(kāi)權(quán)威認(rèn)證的背書(shū)，更要經(jīng)得起電站運(yùn)行的實(shí)踐檢驗(yàn)。在流域高原、沙戈荒、海上等復(fù)雜場(chǎng)景下，光伏設(shè)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(yàn)設(shè)備的防護(hù)等級(jí)和主動(dòng)安全能力。此外，光伏發(fā)電滲透率持續(xù)攀升，對(duì)電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定性帶來(lái)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(chǎng)景下，絕緣問(wèn)題尤為突出。以山東某漂浮電站為例，該電站共安裝了1600臺(tái)逆變器，項(xiàng)目運(yùn)行初期，因?yàn)楦g和線纜破損等問(wèn)題多次觸發(fā)逆變器絕緣阻抗低等故障報(bào)警，單月報(bào)警數(shù)最高達(dá)上萬(wàn)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(duì)比，難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。“華為MPPT級(jí)絕緣診斷技術(shù)，只需要排查4到5個(gè)組串，小于10根線纜，提升6倍的故障定位精度，大大提升運(yùn)維效率。”相關(guān)運(yùn)維人員介紹。

端子起火是沙戈荒場(chǎng)景下常見(jiàn)的問(wèn)題，內(nèi)蒙古某沙漠電站充分印證了智能端子溫度檢測(cè)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(cè)功能，在運(yùn)行階段出現(xiàn)了逆變器端子燒毀，逆變器直流側(cè)燒毀、內(nèi)部炸機(jī)等事故。而華為逆變器具備智能端子溫度檢測(cè)的功能，2024年1-5月期間，共計(jì)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(yùn)行。

高海拔環(huán)境會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度降低，同時(shí)低溫和低氣壓也會(huì)降低設(shè)備可靠性，對(duì)電站主動(dòng)安全能力提出了更高要求。中國(guó)西南流域某水光互補(bǔ)電站，海拔約4600m，總?cè)萘?GW，電站全部采用具備智能組串分?jǐn)喙δ艿娜A為解決方案。據(jù)相關(guān)工作人員介紹，該項(xiàng)目自2023年6月順利并網(wǎng)后持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)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?jǐn)?，?guī)避了多起可能引發(fā)安全事故的問(wèn)題，充分保障電站的直流側(cè)電氣安全。

沙特紅海項(xiàng)目是構(gòu)網(wǎng)支撐的重要實(shí)踐。據(jù)了解，沙特紅海項(xiàng)目由400MW光伏與1.3GWh 儲(chǔ)能配合構(gòu)成電網(wǎng)，生物質(zhì)柴油機(jī)組作為備用，該系統(tǒng)對(duì)光儲(chǔ)構(gòu)網(wǎng)與維持電網(wǎng)穩(wěn)定有極高要求。作為一個(gè)光儲(chǔ)協(xié)同構(gòu)建的電網(wǎng)，整體運(yùn)行邏輯以及電網(wǎng)的性能指標(biāo)等都需要進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與仿真。華為憑借自身在設(shè)計(jì)、仿真以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的強(qiáng)大能力，利用近兩年時(shí)間，幫助完成客戶完成相關(guān)工作，包括但不限于光儲(chǔ)協(xié)同構(gòu)網(wǎng)，電網(wǎng)SCR設(shè)計(jì)，能量分發(fā)邏輯，電網(wǎng)控制的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)，暫態(tài)設(shè)計(jì)，一二次調(diào)頻調(diào)壓， GW級(jí)同步黑啟動(dòng)等，并在實(shí)際環(huán)境中驗(yàn)證，助力沙特紅海新城實(shí)現(xiàn)100%新能源穩(wěn)定供電的目標(biāo)。

安全是光伏電站穩(wěn)定運(yùn)行的基石。作為行業(yè)領(lǐng)軍者，華為提出系統(tǒng)安全理念?；?0多年來(lái)在電力電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的沉淀，華為將智能化、數(shù)字化技術(shù)與光伏創(chuàng)新融合，從關(guān)注設(shè)備單點(diǎn)安全到多維系統(tǒng)安全，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)預(yù)防的轉(zhuǎn)變，樹(shù)立了光伏電站安全新標(biāo)桿。

面向未來(lái)，隨著風(fēng)光大基地建設(shè)、運(yùn)營(yíng)進(jìn)入深水區(qū)，將帶來(lái)電網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)、安全等新挑戰(zhàn)，如何進(jìn)一步完善涵蓋全生命周期和多維安全領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用智能化、數(shù)字化手段打造高質(zhì)量電站，推動(dòng)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(biāo)題：從設(shè)備到電網(wǎng) 全方位解鎖光伏電站安全密碼