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光伏,邁入AI時代

一、AI使能千行百業

人類正進入一個萬物互聯的智能時代。

近年來,“AI”成為高頻詞匯。人類新的挑戰,對美好生活的追求,對科學無止境的探索,以及學習如何與自然和諧共存,AI都在發揮著巨大作用。在最近的新冠肺炎疫情防控中,人工智能就在病毒分析、藥物研發、智能測溫、輔助診斷等方面起到重要作用。

视频app在為新技術、新產業、新經濟而生的5G、大數據、人工智能和工業互聯網等新型基礎設施建設(簡稱“新基建”)中,作為重要領域之一,人工智能將有望重構生產、分配、交換、消費等,催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式。

這是最好的時代,也是最具挑戰的時代。人工智能技術的強大賦能,正前所未有地促進各行各業價值創造方式,如何用創新改變世界,這是今天我們的共同使命。

视频app自2018年10月發布AI戰略以來,華為穩步而有序地推進戰略執行、產品研發及商用進程。2019年,隨著昇騰系列AI處理器、全場景AI計算框架MindSpore、Atlas全系列產品、基于昇騰的云服務的推出,華為已完成全棧全場景AI解決方案的構建。目前,這些解決方案已在各行業日益廣泛應用,讓AI無所不及。

二、AI,對光伏的激活與重塑

视频app全球資源供應緊張,環境惡化等問題正在加劇。在人類生存與文明發展的岔路口上,從根本上改變能源供應模式,發展新能源已經成為應對全球資源危機與氣候變化問題的必由之路。以光伏為主力軍的一定是未來能源的主流趨勢。但是如何提高光伏的滲透率,讓光伏從平價能源走向優質的主流能源?我們還面臨著很大的挑戰。

视频app伴隨著數字信息技術的發展,引領了光伏發展的三個時代。從最初的數字化+光伏,互聯網+光伏,到AI+光伏的時代。數字化是實現智能化的基礎。數字化程度越高,智能越容易實現。2014年,華為率先扛起智能化大旗,在行業推出基于組串逆變器為核心的智能光伏解決方案,將電站進行數字化的全面改造,逆變器開始變成子陣的傳感器,信息采集精確到每個組串,基本實現了感知智能。2015-2018年,華為進一步融合了數字技術,這里典型的應用包括無線專網技術、MBUS技術、智能IV診斷、智能營維云中心、農漁光智能融合等。緊接著,2019年,華為率先發布了融合AI技術的智能光伏解決方案。2020年,華為將加深智能光伏與全棧全場景AI解決方案的深度融合,打造端邊云協同的核心架構,真正激發每個電站價值,加速行業智能化升級。

端:進一步升級光伏逆變器為智能光伏控制器,實現數據的高精度實時采集、組串級發電優化實時控制、直流拉弧實時檢測、并網控制實時響應,具備端側實時推理執行和自閉環控制能力;

视频app邊:子陣控制器實現智能化升級,嵌入AI推理模組,通過對端側數據的實時采集和最優發電控制AI模型的實時推理,實現子陣的最優發電優化和最優并網控制;

云:在管理系統上部署AI訓練和推理平臺,在無需對現有設備進行改變的情況下,實現持續訓練,不斷優化AI算法模型,持續提升系統發電量和潛在故障診斷準確率。實現對端邊設備的推理模型及時批量更新、高效協同。

華為全棧全場景AI解決方案已經在電力、制造、醫療等行業獲得了廣泛應用,極大提升了相關行業智能化程度。比如在南方電網,通過基于Atlas 200打造的智能運檢系統,安裝在輸電塔上的AI智能攝像機可以實時進行輸電線路檢查,發現異物入侵、線路損壞等,實現輸電線路無人化巡檢,使運檢工作人員免于危險度很高的“爬塔走線”,大幅提升運檢效率和電網的運行安全性。

视频app2.1 重構MPPT,釋放組串最大潛力

如何讓系統實現閉環、協同、融合?SDS應需而生。其全稱叫Smart DC System。主要的設計理念改變了原來組件、支架、逆變器各自為政的情況,實現了雙面組件+跟蹤支架+多路MPPT智能光伏控制器的閉環協同融合,使整個直流系統達到最佳狀態。其優化了傳統的天文算法,智能光伏控制器就像一個聰明的大腦,自學習跟蹤優化算法,并且不斷進化,基于神經網絡的AI訓練與建模,讓跟蹤支架調整到最優角度,發揮電站每串組件的最大潛力。比如根據遮擋、散射比、云層移動等情況,通過算法給出前后排最佳聯動策略,實現在線動態最佳跟蹤支架角度尋優。過去1年,華為在現場電站做了大量的測試。以安徽省濉溪縣實測驗證結果為例,測試周期183天,實際提升發電量1.31%以上。在中廣核、黃河水電等項目中發電量也提升0.5%~1%。

视频app2.2重構直流安全,快準全面防護

视频app無論是生產企業、還是個人生活,安全都是重中之重。尤其是一旦發生屋頂光伏電站起火,造成的損失和影響都無法挽回。從全球各個案例分析的結果來看,大量的起火事故直接原因來自于接觸不良帶來的直流拉弧、光伏連接器虛接、線纜老化破皮等。以前只能通過提升工程質量和人工巡檢和維修,來避免端子虛接和線纜老化等問題,但是這樣無法找到所有的問題點,還是偶爾會有事故發生。現在通過AI算法可以做到幾乎100%識別電弧,然后系統快速切斷,保證系統安全。“AI智能電弧防護”,是華為在行業首次將AI算法融入AFCI,通過更精準的電弧檢測,更迅速的故障保護,全面保障分布式光伏的安全。AI BOOST的AFCI,有三個獨特的性能。第一,通過AI模型持續高效學習更多電弧特征,達到超百萬量級電弧特征庫;第二,依托強勁本地芯片算力,主動識別并分析超92個電弧特征對比點,精準檢測,不誤報,不漏報,帶來全面升級防護;第三,400ms內快速關機切斷電源,遠遠優于2.5s行業標準,幫助用戶打造極致安全的屋頂光伏電站。我們認為不久的將來,AFCI新標準將成為國際、國內的行業規范。

2.3重構運維,走向無人化

视频app由于疫情影響,人員缺乏,光伏電站的運維又成為業內關心的熱門。華為與眾多光伏客戶一直演練的“無人值守”在面對真正“無人值守”的考驗時,交出了完美的答卷。如今,運維人員不再需要對整個電站進行實地巡檢。AI BOOST的智能IV診斷技術,可以遠程一鍵對所有組串進行掃描,100MW電站10分鐘內自動輸出診斷報告。并主動向運維人員發出維修需求、問題診斷、確切位置,這就是光伏電站的“零巡檢”體驗。在此幫助下,運維效率提升50%以上。同時AI融合技術進一步復制專家經驗,對更多的故障進行檢索、篩選、排查、甄別等,讓電站長期保持在健康狀態,并處于主動式保養。這里說的電站保養方法不再是查找具體的故障,而是利用(基于傳感器提供的數據,該數據通過算法監測)性能指標檢查電站設備的運行是否在正常指標范圍內,一旦發電異常,就會發出預防性警報。這種故障預處理系統已廣泛的應用于航空領域:如某架飛機的引擎將要出現故障,航空公司的控制中心就可以先于飛行員知曉這個情況,向飛行員發出指令,并在目的地提前安排好維修保養人員,將事故隱患消滅在發生之前。

隨著人力成本越來越貴,傳統專家上站的維護模式,一定也會逐漸淘汰。AI技術集成海量專家經驗,代替運維專家進行診斷決策;無人機巡檢,機器人自動操作維護,代替運維海量重復性工作。它將人從枯燥的勞動中解放出來,越來越多的簡單性、重復性、危險性任務由人工智能系統完成,在減少人力投入,提高工作效率的同時,還能夠比人類做得更快、更準確。比如搭載高清攝像頭或者紅外攝像頭無人機可以替代人工的巡檢,完成實時的分析和判斷,其效率和準確度也遠遠高于人工巡檢。所以,未來電站一定是無人化的。

视频app2.4重構并網算法,更強支撐

傳統電網的穩定性及電能質量主要由火電、水電發電機組維持,隨著新能源滲透率不斷提升、傳統機組逐步退役,電網SCR(短路容量比)將逐步降低,電網穩定性正經受挑戰。十四五規劃中,被稱為“新基建”重頭戲的特高壓將加快推進,而新能源高電壓穿越能力成為保障電網安全穩定的必要條件。2020年發布的新國標提高了準入門檻,強化了高穿有功穩定性、高低電壓穿越能力、頻率適應性等電網適應性要求。因此為了保障新能源大規模接入電網,逆變器需具備更寬SCR適應能力、連續快速高低穿能力、快速調頻等電網支撐能力,這些都將是并網的必要條件。

视频app華為智能逆變器集成全球領先的算法架構,具備更強的控制能力,在業內引入阻抗重塑的AI技術,融合動態阻尼適配等多種領先并網算法,AI自學習能主動識別電站的電氣特性,自動調整并網算法匹配電網,比如支持HVDC場景送端,支持電網短路容量比SCR下限1.5,高穿功率不降額,更好的弱電網接入能力和故障超越能力,在業內處于絕對領先地位。未來逆變器并網控制能力需要持續提高,支持更弱電網接入,低SCR情況下,保障穩定運行不脫網。從跟隨電網,到支撐電網,并最終走向電網重構,獨立成網。讓光伏從平價能源走向優質的主流能源。

2.5三級協同,打造最優電站

视频app協同一詞來自古希臘語,指協調兩個或者兩個以上的不同資源或者個體,協同一致地完成某一目標的過程或能力。如何利用數字化使一個個設備孤島有效協同,從而實現效益最大化呢?

视频app華為的方法是讓“逆變器、子陣、電站” 實現三級協同。從部件高效,到系統高效,最終走向電站協同高效,從而打造最優的發電。首先在設備層面,主要提升逆變器的效率和功率密度,以及免維護的可靠性設計,同時在邊緣端的逆變器也開始具備AI感知和推理能力;子陣層面,設備間互聯互感,協同優化。比如雙面組件、跟蹤支架控制、逆變器組成智能直流閉環系統,采用AI自學習、大數據特征挖掘的技術,實現在線動態調整跟蹤支架角度,找到最優,充分釋放每個組串的潛力;電站層面,在智能子陣及邊緣計算的推動下,光伏電站能主動感應到電網需求,自動調整運作狀態,實時在線協同。比如在滿足電網功率因素要求下,實現子陣內有功無功的最優調節,讓整體電站發電量最優。

视频app三、AI+光伏=綠色的智能世界

人工智能會像水像電一樣無所不及,它是引領未來的戰略性技術,是光伏產業變革走向智能化的核心新引擎。2020年將會是云、AI、5G三大技術真正發生聚變反應的元年。我們堅信,未來三十年人類社會必然會走進智能社會。數字技術與新能源正在重塑世界。當光伏遇上AI,產業突破極限,被重構,重新定義;而當AI遇上光伏,一個萬物感知、萬物互聯、萬物智能的新世界,變得更加綠色而生機盎然。(作者:華為昇騰計算業務總裁 許映童;華為智能光伏業務總裁 陳國光)