AFCI：点亮光伏安全前行的路

光伏所到之处,撒播阳光的“种子”,收获出绿色的电能,但也带来了安全的隐患。

因光伏失火引发的事故,在全球范围都屡见不鲜。苹果和亚马逊的光伏电站都曾发生火灾,造成财物损失,沃尔玛也曾因屋顶光伏发生火灾与供应商特斯拉展开过一场引人关注的诉讼……

造成光伏失火的一个主要原因,就是直流拉弧现象。

华为数字能源新推出的黑科技视频栏目《比特与瓦特》,在第一期就选择了电弧检测与阻断技术(AFCI),解决直流拉弧带来的隐患,为屋顶光伏系统带上“安全帽”。

“直流拉弧”背后的安全隐患

在整个光伏行业中,分布式光伏以其独特优势,最适合分布式电源建设,加上国家和地方出台的很多激烈政策,使得近几年,分布式光伏在我国的发展势头非常迅猛。

量变带来了质变,因为分布式光伏保有量的激增,也让光伏安全事故时有发生,去年年底,国内某个百亿级的光伏项目,因为失火,造成了5人死亡。事后排查,事故很可能由直流拉弧故障引起。

这也让“直流拉弧”这个专业术语,走进了公众的视野。

据了解,电弧是在带电导体与导体(或地)距离较近时,导体间电压击穿空气,使空气电离而产生的一种辉光现象,这种现象有点像是“闪电”。

电弧产生高温,强烈时可以产生明火,而直流拉弧则是电路断点处电流击穿空气所产生的持续火花。在光伏系统中,持续的电弧会使得接触部分温度升高至3000-7000度,从而引发火灾。

哪些“断点”容易产生电弧呢?

在光伏系统中,接点松脱、接触不良、接线断裂、绝缘材料老化、碳化、电线受潮、腐蚀、绝缘材料破损等原因都可能产生电弧。由于光伏系统直流侧接线端子很多,发生电弧危害的可能性较高。

并且,直流电弧的危害远远大于交流电弧,由于直流电弧不存在过零点,一旦产生就会持续燃烧,很难熄灭,极易造成火灾事故。据统计,光伏电站过半数火灾事故是由直流电弧引起,随着光伏组件规格越做越大,直流侧系统功率和电流增强,引起火灾的风险也在相应增加。

要解决这个目前分布式光伏最大的安全隐患,电弧检测与阻断技术(AFCI)应运而生。

如何做到全方位保障光伏安全?

顾名思义,电弧检测与阻断技术(AFCI),是集成于逆变器的功能,在电弧产生时第一时间识别并切断,用于保证分布式光伏系统安全,避免电弧高温导致火灾的技术。

客观地说,AFCI技术就是伴随分布式光伏发展起来的技术,但传统的技术存在很多问题。

首先是运行环境的复杂性,由于设备现场运行环境复杂多变,传统方案中的电弧检测算法和阈值设定主要基于人的经验,在遇到环境噪声接近电弧频谱特征时,无法有效区分。这就容易产生漏报、误报。但是屋顶拉弧的安全隐患巨大,一旦漏报,就会造成很大的损失。

其次是场景的适应性。随着光伏组件和光伏逆变器技术发展和产品演进,光伏组件电流和逆变器单机功率不断提升,对于实际使用场景,输入侧线缆长度和电弧最大电流均可能超过标准给定的测试工况。

最典型的情况就是距离,比如传统方案支持的输入线缆回路长度仅为80米,而在实际的工商业场景中,逆变器与电站之间的距离越来越远,甚至可能超过200米,80米的检测长度已无法满足需求;再比如,传统方案支持的输入电流仅为14A,但随着技术发展,组件最大电流已经超过了20A,现有方案也无法匹配技术进步。同时,这些变化对检测仪表和算法的精度也提出了更高要求。

如《比特与瓦特》中,华为技术专家刘伟所形容的,“不完善的AFCI功能,就是屋顶光伏电站上的一颗地雷。”

解决问题的关键,还在技术本身。华为AI BOOST AFCI智能电弧检测方案,就是为此而来。

面对人力无法解决运行环境的复杂性问题,华为的方案是基于AI于高度非线性模型,可同时对海量数据进行计算、迭代,寻找高维空间特征规律,最大的程度上避免了漏报和误报。

尤其是针对环境噪音这个核心痛点时,华为采用的是逆变器与优化器的联合解决方案,精读更高,抗干扰能力强,是业内唯一兼容0V快速关断与AFCI的厂商,可实现组件级的电弧故障位置定位。

再加上这个方案支持的输入线缆回路长度,最大可达200m,支持输入电流最大为26A,具备更强的场景适应性,同时华为的AI算法,具备动态识别线缆长度的能力,能根据不同线缆长度调整算法策略,识别电弧自然更加“清晰”,可以做到全方位保障光伏安全。

光伏安全是光储行业发展的基石

无疑,光伏安全也是电网安全的组成部分,是光储产业高质量可持续发展的基石。

随着光伏和储能越来越多地部署在园区,建筑,家庭,它们与人们的生产、生活更加紧密结合在一起,必须保障人身和财产安全。产业界需要共同去推动和落实新型电力系统标准体系的建立,从根源上解决“安全隐患”,保证产业健康持续发展。

政府侧正在加强政策引导,为加强分布式光伏发电安全工作,促进产业健康可持续发展,在2021年,国家能源局综合司发布了关于公开征求对《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知(征求意见稿)》意见的公告。

在产业界,光伏产业也在主动与相关行业部门联合建立安全标准,比如欧洲、澳洲等地区和国家把光伏直流拉弧检测和快速关断作为标准,所有屋顶光伏必须具备这个能力。

在企业侧,以华为为代表的数字能源企业,从技术引领上已经走到了行业前列,如AI BOOST AFCI智能电弧检测方案,就以优异的表现,获得了TUV 63027认证、CGC鉴衡颁发的最高等级认证L4。同时华为还是IEC 63027国际标准编制项目组成员。

安全无小事,尤其是分布式光伏如此快速的发展节奏,对AFCI技术来讲,也需要第一时间,从政策制定、标准确立和技术创新上达成共识,促进光伏产业的长期可持续发展。