李庆平：智能光伏预装式变电站
中国电工技术学会定于2016年9月8~9日在安徽省合肥市举办“2016第五届新能源发电系统技术创新大会”（原“分布式发电与微电网技术大会”），主题为“能源互联网关键技术、储能电站与微电网建设”。
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演讲人系上海金友金弘智能电气股份有限公司技术副总经理
（本文根据“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”演讲PPT编辑而成）
产品研发的背景
1、新能源发展的背景
1）气候变化驱动整个新能源产业的发展
人类大量开发和使用传统化石能源，导致能源资源紧张、环境恶化、气候异常等三大突出问题，全球能源发展面临严峻挑战，建立在传统化石能源基础上的能源生产和消费方式已经难以为继。
2）金融危机使新能源成为全球经济新的增长点
虽然金融危机的影响正在逐步减缓，世界经济正在缓慢复苏，但基础并不牢固。欧洲主权债务危机还在加深，主要经济体失业率居高不下，国际大宗商品价格高位震荡，贸易保护主义明显抬头。种种迹象表明，世界经济发展正处于缓和与未知动荡并存的后金融危机时代，经济的复苏需要有新的增长点来支撑，而这正为新能源产业的发展提供了一个良好的契机。
发展新能源不仅可以节能减排，而且能够更加有效地利用资源，扩大市场需求，培育新的经济增长点。许多国家纷纷出台政府投资计划，掀起了新一轮新能源开发利用的热潮，给新能源产业带来了跨越式发展的机遇。
3）国内形势促使新能源成为发展和转型的有力保障
2013年我国全国一次能源消费总量为37.5亿吨，同比增长4%,其中非化石能源占一次能源消费的比例由2012年的9.1%提高到9.8%。然而，我国太阳能利用在能源结构中所占比重不足1%；我国可再生能源发电装机以年均15%的速度保持增长，2013年可再生能源电力装机占全国电力装机的30.8%，发电量超过1万亿千瓦时，其中太阳能发电虽然较前些年而言增长迅猛，但是太阳能发电装机比例和发电量占比也仅仅只有1.2%和0.2%；能源紧缺和大气污染日益严重，实现能源结构向自主、自理、清洁和可持续的方向调整，加大太阳能等清洁能源的利用率尤为紧迫。
2、智能电网发展的背景
1）智能电网的定义
智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
2）智能电网的发展现状
世界范围内智能电网的建设进程已经全面启动，许多国家都确立了智能电网建设目标、行动路线及投资计划，同时结合各自地区的监管机制、电网基础设施现状和社会发展情况，有针对性地拟定了不同的智能电网战略。
综合世界各地区建设智能电网的进程来看，智能电网的关注热点包括：大规模可再生能源发电的接入技术及其与大规模储能联合运行技术；大电网互联、远距离输电及其相关控制技术；配电自动化和微网；用户侧的智能表计及需求响应技术。
3、能源互联网发展的背景
“2015国际能源变革论坛”提出构建全球能源互联网是世界能源变革的必由之路，要加快构建基于特高压的中国能源互联网，加快电力转型发展。
1）全球能源互联网是“物联网”、“巨系统”、和平发展平台
全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网，是清洁能源在全球范围大规模开发、配置、利用的基础平台，实质就是“特高压电网+智能电网+清洁能源”。特高压电网是关键，智能电网是基础，清洁能源是重点。
从深层次看，全球能源互联网是集能源传输、资源配置、市场交易、信息交互、智能服务于一体的“物联网”，是共建共享、互联互通、开放兼容的“巨系统”，是创造巨大经济、社会、环境综合价值的和平发展平台。
2）全球能源互联网就像人的“血管系统”
全球能源互联网和信息互联网都是经济全球化的必然产物。全球能源互联网就像人的“血管系统”，信息互联网就像“神经系统”，“神经系统”已经互联，“血管系统”也一定能够互联，必将为人类带来巨大福祉。
3）构建中国能源互联网
解决我国能源问题，关键是坚持绿色低碳发展方向，加快水电、风电、太阳能发电等清洁能源开发，加快构建基于特高压的中国能源互联网，实现全国能源优化配置，从根本上转变过度依赖输煤的能源发展方式和就地平衡的电力发展方式，保障能源安全、清洁、高效、可持续供应，满足经济、社会、环境协调发展的需求。目前，加快清洁发展、构建中国能源互联网的条件已经具备。
产品研发的由来
1、光伏智能电器的紧缺
就目前来说，光伏智能电器还在发展阶段；光伏电器大部分依旧在使用配电电器；长寿命，高稳定性，适合严苛条件的智能电器设备需进一步发展。
2、国内光伏电气产品的发展情况
光伏发电行业的发展，有赖于电力电子产品的发展。光伏发电系统中，光伏电池组件、逆变器等都是电子产品，它的发展、技术、生产主要有电子行业的企业掌握；而光伏发电系统中，接入网系统、设备保护开关、升压系统均为电力系统产品，它由电力行业企业主导。
因为光伏发电行业是跨行业、跨专业、多个知识领域的融合，加之智能电网、互联网电网是电子信息、先进传感技术、电子通讯技术的相互融合。这使得光伏行业产品的发展举步维艰。
国内真正开始建设光伏发电电站也是近几年的事情，从产品设计、行业规范、运行经验、电站设计等方面来看落后于发达国家。
凡此种种，使光伏发电电器产品的发展受到制约。产品凌乱不统一、厂家归口多、产品质量高低不一。每个企业都是各自发展自己的产品，没有对光伏变电站统一规划，没有针对光伏变电对产品进行优化设计。所以本公司提出光伏智能变电站，是为了保证产品的专业性、统一性。
智能光伏预装式变电站
1、产品特点
全新研发的智能光伏预装式系列产品具有集成化、高可靠、高稳定、节约节能、智能化等特点，如下。
1）集成化：产品集成直流柜、逆变器、低压交流单元、升压变、高压交流单元等各电气器件；各单元结构统一优化设计；智能监控集成采用个单元相互间独立的设计理念，采用后插拔形式，从而达到模块化设计目标，主要由交流变换插件、CUP插件、开入量采集插件、开出输出插件、操作回路插件、通讯CUP插件、串口通讯插件、光纤/GPRS、以太网通讯插件、电源插件等单元构成。
2）稳定可靠：各部件严格挑选；减少连接部件，减少故障量；双绕组变压器，更稳定可靠；统一优化设计，性能更可靠；通讯归一，通讯可靠性更高，更加简约易用；产品生产，试验工厂化，提升产品质量。
3）节省节能：现场施工周期缩短，节省1/3~2/3时间；完整的出厂实验，简化现场联调；小型化产品，减少现场占地面积；降低总体损耗的1%；成本较分散式下降14%；发电效率提高约1-2%。
4）智能测控：多主控制技术智能运行；完整的电气参量监测；变压器非电量监测；火灾监控系统；环境监测系统；完备的开关运行状态监视。
5）多主控制技术智能运行：结合250kW逆变单元性能优势，通过多主控制技术实现更长发电时间、更多发电量和更高的电能质量；提高整个逆变器系统寿命，智能投切技术减少逆变器单机40%的工作时间。
6）完整电气参量：交直流电流、电压；有功/无功；频率，谐波；日发电量，累计发电量；实时数据上传，汇流箱参数监测。
7）完备的开关运行状态监视：交流低压开关状态；交流高压开关状态；直流进线开关状态；其它需要的开关状态。
8）变压器非电量监测（温度、瓦斯、油位）：变压器油温（报警，跳闸）；变压器油位（报警，跳闸）；变压器瓦斯（轻、重瓦斯）；熔断器熔断报警；变压器油温度值；变压器环境温湿度。
9）火灾监控系统；完善的冷却系统保证设备运行；远程操作控制系统；手机APP监控系统；云运维中心。
2、先进技术应用
光伏发电DC1500V技术将现有的光伏发电系统，从直流1000V提升为直流1500V。该技术已经从示范阶段向大面积推广应用阶段过渡。
德国大型光伏逆变器厂商SMA Solar Technology公司去年7月宣布，其在德国北部卡塞尔Niestetal的工业园区Sandershauser Berg industrial park建设的3.2MW光伏电站已投入使用。光电巨头First solar等也开始积极部署，2015~2016年计划1.5GW 1500V光伏电站。1500V光伏系统技术已快速步入电站建设应用。
国内首个1500V并网电站位于青海省格尔木东出口光伏产业园，占地约4381㎡，总装机量30MW。其中26MW为1000V系统，4MW为1500V系统。作为国内首个1500V系统示范电站，项目自建设以来就受到各方的关注，因此业主及EPC从项目前期设计、关键设备选型到施工进行了大量调研，严格把关，力争打造国内首个1500V系统标杆电站。
相比1000V系统，1500V系统成本更低、效率更高。比如：串联组件数量增多，线缆减少，电压升高，损耗降低；串联组件数量增多，相对减少汇流箱和逆变器数量；对于相同容量电站并网点少，减少高压线缆用量，变压器成本降低；系统损耗降低，效率提升；安装维护工作量减少，降低运维成本。
3、产品经济性对比分析
1）经产品集成化前后硬件成本对比分析，相比传统组合方式，采用新型集成化一体方式可使总体成本下降14.3%。
2）相比传统组合方式，采用新型集成化一体方式：施工周期缩短1/2；产品占地面积减小1/4；产品生产全部工厂化，产品质量提升；产品试验全部工厂完成，减少现场联调、联试；连接材料少，减少运行电量损耗1%；通讯集成化，准确率更高；产品智能运行，提高发电效率2%。
3）系统电压提升前后硬件成本对比分析，系统电压提升后成本下降0.2元/W。
4）系统电压提升前后系统损耗的对比分析，系统电压提升后总损耗为2.49%，降低0.27%。
4、产品研发规划
1）节能减排方面的规划：进一步优化产品结构，使产品更加小型化，提高产品单位功率密度，达到降低成本的目的；为客户减少电站建设占用土地面积，降低建设单位成本。
2）智能电网、能源互联网、智慧电网的建设：在进一步优化产品智能运行的前提下，同国内外智能运维公司建立战略联盟合作关系，做到所有运行产品互联互通，智能运维，为互联网能源系统准备好基础建设。
3）先进智能测控保护、信息采集、通讯单元的研制：为了满足智能电器设备、智能电网、互联网能源系统的建设，研发先进的智能测控单元，智能信息采集单元，智能通讯单元。
4）研发先进智能的小型化电气设备：为解决光伏电站系统方案，研发先进的智能的小型化电气设备；进一步提升光伏电站的智能化和集成化，从而满足产品工厂量化生产，电站工厂预装，减少现场施工，提升产品稳定性和可靠性。