光伏，迈入AI时代
一、AI使能千行百业
人类正进入一个万物互联的智能时代。
近年来，“AI”成为高频词汇。人类新的挑战，对美好生活的追求，对科学无止境的探索，以及学习如何与自然和谐共存，AI都在发挥着巨大作用。在最近的新冠肺炎疫情防控中，人工智能就在病毒分析、药物研发、智能测温、辅助诊断等方面起到重要作用。
在为新技术、新产业、新经济而生的5G、大数据、人工智能和工业互联网等新型基础设施建设（简称“新基建”）中，作为重要领域之一，人工智能将有望重构生产、分配、交换、消费等，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。
这是最好的时代，也是最具挑战的时代。人工智能技术的强大赋能，正前所未有地促进各行各业价值创造方式，如何用创新改变世界，这是今天我们的共同使命。
自2018年10月发布AI战略以来，华为稳步而有序地推进战略执行、产品研发及商用进程。2019年，随着昇腾系列AI处理器、全场景AI计算框架MindSpore、Atlas全系列产品、基于昇腾的云服务的推出，华为已完成全栈全场景AI解决方案的构建。目前，这些解决方案已在各行业日益广泛应用，让AI无所不及。
二、AI，对光伏的激活与重塑
全球资源供应紧张，环境恶化等问题正在加剧。在人类生存与文明发展的岔路口上，从根本上改变能源供应模式，发展新能源已经成为应对全球资源危机与气候变化问题的必由之路。以光伏为主力军的可再生能源一定是未来能源的主流趋势。但是如何提高光伏的渗透率，让光伏从平价能源走向优质的主流能源？我们还面临着很大的挑战。
伴随着数字信息技术的发展，华为智能光伏引领了光伏发展的三个时代。从最初的数字化+光伏，互联网+光伏，到AI+光伏的时代。数字化是实现智能化的基础。数字化程度越高，智能越容易实现。2014年，华为率先扛起智能化大旗，在行业推出基于组串逆变器为核心的智能光伏解决方案，将电站进行数字化的全面改造，逆变器开始变成子阵的传感器，信息采集精确到每个组串，基本实现了感知智能。2015-2018年，华为进一步融合了数字技术，这里典型的应用包括无线专网技术、MBUS技术、智能IV诊断、智能营维云中心、农渔光智能融合等。紧接着，2019年，华为率先发布了融合AI技术的智能光伏解决方案。2020年，华为将加深智能光伏与全栈全场景AI解决方案的深度融合，打造端边云协同的核心架构，真正激发每个电站价值，加速行业智能化升级。
•端：进一步升级光伏逆变器为智能光伏控制器，实现数据的高精度实时采集、组串级发电优化实时控制、直流拉弧实时检测、并网控制实时响应，具备端侧实时推理执行和自闭环控制能力；
•边：子阵控制器实现智能化升级，嵌入AI推理模组，通过对端侧数据的实时采集和最优发电控制AI模型的实时推理，实现子阵的最优发电优化和最优并网控制；
•云：在管理系统上部署AI训练和推理平台，在无需对现有设备进行改变的情况下，实现持续训练，不断优化AI算法模型，持续提升系统发电量和潜在故障诊断准确率。实现对端边设备的推理模型及时批量更新、高效协同。
华为全栈全场景AI解决方案已经在电力、制造、医疗等行业获得了广泛应用，极大提升了相关行业智能化程度。比如在南方电网，通过基于Atlas 200打造的智能运检系统，安装在输电塔上的AI智能摄像机可以实时进行输电线路检查，发现异物入侵、线路损坏等，实现输电线路无人化巡检，使运检工作人员免于危险度很高的“爬塔走线”，大幅提升运检效率和电网的运行安全性。
2.1 重构MPPT，释放组串最大潜力
如何让系统实现闭环、协同、融合？SDS应需而生。其全称叫Smart DC System。主要的设计理念改变了原来组件、支架、逆变器各自为政的情况，实现了双面组件+跟踪支架+多路MPPT智能光伏控制器的闭环协同融合，使整个直流系统达到最佳状态。其优化了传统的天文算法，智能光伏控制器就像一个聪明的大脑，自学习跟踪优化算法，并且不断进化，基于神经网络的AI训练与建模，让跟踪支架调整到最优角度，发挥电站每串组件的最大潜力。比如根据遮挡、散射比、云层移动等情况，通过算法给出前后排最佳联动策略，实现在线动态最佳跟踪支架角度寻优。过去1年，华为在现场电站做了大量的测试。以安徽省濉溪县实测验证结果为例，测试周期183天，实际提升发电量1.31%以上。在中广核、黄河水电等项目中发电量也提升0.5%~1%。
2.2重构直流安全，快准全面防护
无论是生产企业、还是个人生活，安全都是重中之重。尤其是一旦发生屋顶光伏电站起火，造成的损失和影响都无法挽回。从全球各个案例分析的结果来看，大量的起火事故直接原因来自于接触不良带来的直流拉弧、光伏连接器虚接、线缆老化破皮等。以前只能通过提升工程质量和人工巡检和维修，来避免端子虚接和线缆老化等问题，但是这样无法找到所有的问题点，还是偶尔会有事故发生。现在通过AI算法可以做到几乎100%识别电弧，然后系统快速切断，保证系统安全。“AI智能电弧防护”，是华为在行业首次将AI算法融入AFCI，通过更精准的电弧检测，更迅速的故障保护，全面保障分布式光伏的安全。AI BOOST的AFCI，有三个独特的性能。第一，通过AI模型持续高效学习更多电弧特征，达到超百万量级电弧特征库；第二，依托强劲本地芯片算力，主动识别并分析超92个电弧特征对比点，精准检测，不误报，不漏报，带来全面升级防护；第三，400ms内快速关机切断电源，远远优于2.5s行业标准，帮助用户打造极致安全的屋顶光伏电站。我们认为不久的将来，AFCI新标准将成为国际、国内的行业规范。
2.3重构运维，走向无人化
由于疫情影响，人员缺乏，光伏电站的运维又成为业内关心的热门。华为与众多光伏客户一直演练的“无人值守”在面对真正“无人值守”的考验时，交出了完美的答卷。如今，运维人员不再需要对整个电站进行实地巡检。AI BOOST的智能IV诊断技术，可以远程一键对所有组串进行扫描，100MW电站10分钟内自动输出诊断报告。并主动向运维人员发出维修需求、问题诊断、确切位置，这就是光伏电站的“零巡检”体验。在此帮助下，运维效率提升50%以上。同时AI融合技术进一步复制专家经验，对更多的故障进行检索、筛选、排查、甄别等，让电站长期保持在健康状态，并处于主动式保养。这里说的电站保养方法不再是查找具体的故障，而是利用（基于传感器提供的数据，该数据通过算法监测）性能指标检查电站设备的运行是否在正常指标范围内，一旦发电异常，就会发出预防性警报。这种故障预处理系统已广泛的应用于航空领域：如某架飞机的引擎将要出现故障，航空公司的控制中心就可以先于飞行员知晓这个情况，向飞行员发出指令，并在目的地提前安排好维修保养人员，将事故隐患消灭在发生之前。
随着人力成本越来越贵，传统专家上站的维护模式，一定也会逐渐淘汰。AI技术集成海量专家经验，代替运维专家进行诊断决策；无人机巡检，机器人自动操作维护，代替运维海量重复性工作。它将人从枯燥的劳动中解放出来，越来越多的简单性、重复性、危险性任务由人工智能系统完成，在减少人力投入，提高工作效率的同时，还能够比人类做得更快、更准确。比如搭载高清摄像头或者红外摄像头无人机可以替代人工的巡检，完成实时的分析和判断，其效率和准确度也远远高于人工巡检。所以，未来电站一定是无人化的。
2.4重构并网算法，更强支撑
传统电网的稳定性及电能质量主要由火电、水电发电机组维持，随着新能源渗透率不断提升、传统机组逐步退役，电网SCR（短路容量比）将逐步降低，电网稳定性正经受挑战。十四五规划中，被称为“新基建”重头戏的特高压将加快推进，而新能源高电压穿越能力成为保障电网安全稳定的必要条件。2020年发布的新国标提高了准入门槛，强化了高穿有功稳定性、高低电压穿越能力、频率适应性等电网适应性要求。因此为了保障新能源大规模接入电网，逆变器需具备更宽SCR适应能力、连续快速高低穿能力、快速调频等电网支撑能力，这些都将是并网的必要条件。
华为智能逆变器集成全球领先的算法架构，具备更强的控制能力，在业内引入阻抗重塑的AI技术，融合动态阻尼适配等多种领先并网算法，AI自学习能主动识别电站的电气特性，自动调整并网算法匹配电网，比如支持HVDC场景送端，支持电网短路容量比SCR下限1.5，高穿功率不降额，更好的弱电网接入能力和故障超越能力，在业内处于绝对领先地位。未来逆变器并网控制能力需要持续提高，支持更弱电网接入，低SCR情况下，保障稳定运行不脱网。从跟随电网，到支撑电网，并最终走向电网重构，独立成网。让光伏从平价能源走向优质的主流能源。
2.5三级协同，打造最优电站
协同一词来自古希腊语，指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体，协同一致地完成某一目标的过程或能力。如何利用数字化使一个个设备孤岛有效协同，从而实现效益最大化呢？
华为的方法是让“逆变器、子阵、电站” 实现三级协同。从部件高效，到系统高效，最终走向电站协同高效，从而打造最优的发电。首先在设备层面，主要提升逆变器的效率和功率密度，以及免维护的可靠性设计，同时在边缘端的逆变器也开始具备AI感知和推理能力；子阵层面，设备间互联互感，协同优化。比如双面组件、跟踪支架控制、逆变器组成智能直流闭环系统，采用AI自学习、大数据特征挖掘的技术，实现在线动态调整跟踪支架角度，找到最优，充分释放每个组串的潜力；电站层面，在智能子阵及边缘计算的推动下，光伏电站能主动感应到电网需求，自动调整运作状态，实时在线协同。比如在满足电网功率因素要求下，实现子阵内有功无功的最优调节，让整体电站发电量最优。
三、AI+光伏=绿色的智能世界
人工智能会像水像电一样无所不及，它是引领未来的战略性技术，是光伏产业变革走向智能化的核心新引擎。2020年将会是云、AI、5G三大技术真正发生聚变反应的元年。我们坚信，未来三十年人类社会必然会走进智能社会。数字技术与新能源正在重塑世界。当光伏遇上AI，产业突破极限，被重构，重新定义；而当AI遇上光伏，一个万物感知、万物互联、万物智能的新世界，变得更加绿色而生机盎然。
作者：
华为昇腾计算业务总裁 许映童
华为智能光伏业务总裁 陈国光
