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光伏所到之處,撒播陽(yáng)光的“種子”,收獲出綠色的電能,但也帶來(lái)了安全的隱患。

因光伏失火引發(fā)的事故,在全球范圍都屢見(jiàn)不鮮。蘋(píng)果和亞馬遜的光伏電站都曾發(fā)生火災,造成財物損失,沃爾瑪也曾因屋頂光伏發(fā)生火災與供應商特斯拉展開(kāi)過(guò)一場(chǎng)引人關(guān)注的訴訟……

造成光伏失火的一個(gè)主要原因,就是直流拉弧現象。

華為數字能源新推出的黑科技視頻欄目《比特與瓦特》,在第一期就選擇了電弧檢測與阻斷技術(shù)(AFCI),解決直流拉弧帶來(lái)的隱患,為屋頂光伏系統帶上“安全帽”。

“直流拉弧”背后的安全隱患

在整個(gè)光伏行業(yè)中,分布式光伏以其獨特優(yōu)勢,最適合分布式電源建設,加上國家和地方出臺的很多激烈政策,使得近幾年,分布式光伏在我國的發(fā)展勢頭非常迅猛。

量變帶來(lái)了質(zhì)變,因為分布式光伏保有量的激增,也讓光伏安全事故時(shí)有發(fā)生,去年年底,國內某個(gè)百億級的光伏項目,因為失火,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。

這也讓“直流拉弧”這個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ),走進(jìn)了公眾的視野。

據了解,電弧是在帶電導體與導體(或地)距離較近時(shí),導體間電壓擊穿空氣,使空氣電離而產(chǎn)生的一種輝光現象,這種現象有點(diǎn)像是“閃電”。

電弧產(chǎn)生高溫,強烈時(shí)可以產(chǎn)生明火,而直流拉弧則是電路斷點(diǎn)處電流擊穿空氣所產(chǎn)生的持續火花。在光伏系統中,持續的電弧會(huì )使得接觸部分溫度升高至3000-7000度,從而引發(fā)火災。

哪些“斷點(diǎn)”容易產(chǎn)生電弧呢?

在光伏系統中,接點(diǎn)松脫、接觸不良、接線(xiàn)斷裂、絕緣材料老化、碳化、電線(xiàn)受潮、腐蝕、絕緣材料破損等原因都可能產(chǎn)生電弧。由于光伏系統直流側接線(xiàn)端子很多,發(fā)生電弧危害的可能性較高。

并且,直流電弧的危害遠遠大于交流電弧,由于直流電弧不存在過(guò)零點(diǎn),一旦產(chǎn)生就會(huì )持續燃燒,很難熄滅,極易造成火災事故。據統計,光伏電站過(guò)半數火災事故是由直流電弧引起,隨著(zhù)光伏組件規格越做越大,直流側系統功率和電流增強,引起火災的風(fēng)險也在相應增加。

要解決這個(gè)目前分布式光伏最大的安全隱患,電弧檢測與阻斷技術(shù)(AFCI)應運而生。

如何做到全方位保障光伏安全?

顧名思義,電弧檢測與阻斷技術(shù)(AFCI),是集成于逆變器的功能,在電弧產(chǎn)生時(shí)第一時(shí)間識別并切斷,用于保證分布式光伏系統安全,避免電弧高溫導致火災的技術(shù)。

客觀(guān)地說(shuō),AFCI技術(shù)就是伴隨分布式光伏發(fā)展起來(lái)的技術(shù),但傳統的技術(shù)存在很多問(wèn)題。

首先是運行環(huán)境的復雜性,由于設備現場(chǎng)運行環(huán)境復雜多變,傳統方案中的電弧檢測算法和閾值設定主要基于人的經(jīng)驗,在遇到環(huán)境噪聲接近電弧頻譜特征時(shí),無(wú)法有效區分。這就容易產(chǎn)生漏報、誤報。但是屋頂拉弧的安全隱患巨大,一旦漏報,就會(huì )造成很大的損失。

其次是場(chǎng)景的適應性。隨著(zhù)光伏組件和光伏逆變器技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品演進(jìn),光伏組件電流和逆變器單機功率不斷提升,對于實(shí)際使用場(chǎng)景,輸入側線(xiàn)纜長(cháng)度和電弧最大電流均可能超過(guò)標準給定的測試工況。

最典型的情況就是距離,比如傳統方案支持的輸入線(xiàn)纜回路長(cháng)度僅為80米,而在實(shí)際的工商業(yè)場(chǎng)景中,逆變器與電站之間的距離越來(lái)越遠,甚至可能超過(guò)200米,80米的檢測長(cháng)度已無(wú)法滿(mǎn)足需求;再比如,傳統方案支持的輸入電流僅為14A,但隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展,組件最大電流已經(jīng)超過(guò)了20A,現有方案也無(wú)法匹配技術(shù)進(jìn)步。同時(shí),這些變化對檢測儀表和算法的精度也提出了更高要求。

如《比特與瓦特》中,華為技術(shù)專(zhuān)家劉偉所形容的,“不完善的AFCI功能,就是屋頂光伏電站上的一顆地雷。”

解決問(wèn)題的關(guān)鍵,還在技術(shù)本身。華為AI BOOST AFCI智能電弧檢測方案,就是為此而來(lái)。

面對人力無(wú)法解決運行環(huán)境的復雜性問(wèn)題,華為的方案是基于A(yíng)I于高度非線(xiàn)性模型,可同時(shí)對海量數據進(jìn)行計算、迭代,尋找高維空間特征規律,最大的程度上避免了漏報和誤報。

尤其是針對環(huán)境噪音這個(gè)核心痛點(diǎn)時(shí),華為采用的是逆變器與優(yōu)化器的聯(lián)合解決方案,精讀更高,抗干擾能力強,是業(yè)內唯一兼容0V快速關(guān)斷與AFCI的廠(chǎng)商,可實(shí)現組件級的電弧故障位置定位。

再加上這個(gè)方案支持的輸入線(xiàn)纜回路長(cháng)度,最大可達200m,支持輸入電流最大為26A,具備更強的場(chǎng)景適應性,同時(shí)華為的AI算法,具備動(dòng)態(tài)識別線(xiàn)纜長(cháng)度的能力,能根據不同線(xiàn)纜長(cháng)度調整算法策略,識別電弧自然更加“清晰”,可以做到全方位保障光伏安全。

光伏安全是光儲行業(yè)發(fā)展的基石

無(wú)疑,光伏安全也是電網(wǎng)安全的組成部分,是光儲產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續發(fā)展的基石。

隨著(zhù)光伏和儲能越來(lái)越多地部署在園區,建筑,家庭,它們與人們的生產(chǎn)、生活更加緊密結合在一起,必須保障人身和財產(chǎn)安全。產(chǎn)業(yè)界需要共同去推動(dòng)和落實(shí)新型電力系統標準體系的建立,從根源上解決“安全隱患”,保證產(chǎn)業(yè)健康持續發(fā)展。

政府側正在加強政策引導,為加強分布式光伏發(fā)電安全工作,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康可持續發(fā)展,在2021年,國家能源局綜合司發(fā)布了關(guān)于公開(kāi)征求對《關(guān)于加強分布式光伏發(fā)電安全工作的通知(征求意見(jiàn)稿)》意見(jiàn)的公告。

在產(chǎn)業(yè)界,光伏產(chǎn)業(yè)也在主動(dòng)與相關(guān)行業(yè)部門(mén)聯(lián)合建立安全標準,比如歐洲、澳洲等地區和國家把光伏直流拉弧檢測和快速關(guān)斷作為標準,所有屋頂光伏必須具備這個(gè)能力。

在企業(yè)側,以華為為代表的數字能源企業(yè),從技術(shù)引領(lǐng)上已經(jīng)走到了行業(yè)前列,如AI BOOST AFCI智能電弧檢測方案,就以?xún)?yōu)異的表現,獲得了TUV 63027認證、CGC鑒衡頒發(fā)的最高等級認證L4。同時(shí)華為還是IEC 63027國際標準編制項目組成員。

安全無(wú)小事,尤其是分布式光伏如此快速的發(fā)展節奏,對AFCI技術(shù)來(lái)講,也需要第一時(shí)間,從政策制定、標準確立和技術(shù)創(chuàng )新上達成共識,促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的長(cháng)期可持續發(fā)展。