在不確定性因素交織的復雜環(huán)境中，很多行業(yè)的復蘇節奏都不及預期，發(fā)展前景也充滿(mǎn)變數。而光伏和儲能是罕有的特例，無(wú)論是短期業(yè)績(jì)增長(cháng)還是長(cháng)期市場(chǎng)景氣度，都處于“晴空萬(wàn)里”的理想狀態(tài)。
以備受矚目的分布式光伏為例：中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì )的統計顯示，2022年，國內光伏新增裝機87.41吉瓦，同比增長(cháng)59.3%；其中，分布式新增裝機51.1吉瓦，同比增長(cháng)74.5%。伴隨裝機規模的迅猛上升，“分布式光伏+儲能”市場(chǎng)未來(lái)幾年有望快速放量。
盡管前景一片光明，但也要防范難以預判的“晴空顛簸”，最大限度地守住安全底線(xiàn)是光儲產(chǎn)業(yè)的當務(wù)之急。國家能源局發(fā)布的《2023年電力安全監管重點(diǎn)任務(wù)》中，將加強光伏發(fā)電安全列入監管范疇，并指出應以技術(shù)創(chuàng )新驅動(dòng)行業(yè)可持續發(fā)展。
從全球范圍來(lái)看，光伏發(fā)電各類(lèi)安全事故中，電氣火災發(fā)生的頻次最高，造成的損失也最大。透過(guò)諸多案例解析可以發(fā)現，電氣火災主要由直流拉弧引起，采用光伏發(fā)電系統直流拉弧智能檢測和快速關(guān)斷技術(shù)（AFCI），以“防消”結合的方式提高電站的安全防控水平勢在必行。
然而，傳統的拉弧檢測存在不少短板，市面上一些“缺斤少兩”的所謂AFCI更容易誤導光伏客戶(hù)，不恰當的防范措施甚至會(huì )增加新的隱患。在A(yíng)FCI持續進(jìn)化的過(guò)程中，既需要市場(chǎng)領(lǐng)頭羊樹(shù)立更高的技術(shù)標桿，也離不開(kāi)整個(gè)行業(yè)標準的確立與規范。
近日，華為數字能源繼《方博碳討室》后重磅打造《比特與瓦特》欄目，每期邀請專(zhuān)家對業(yè)內的熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行解讀，力求以生動(dòng)的形式和簡(jiǎn)明的語(yǔ)言，展示數字技術(shù)與電力電子技術(shù)融合的最新成果。AFCI作為新欄目的開(kāi)篇之作，其重要性不言而喻，“比特與瓦特”合力筑就光伏安全的實(shí)踐路徑，值得業(yè)界深入探索。
光伏安全面臨的主要挑戰
在電力用戶(hù)側風(fēng)生水起的分布式光伏大多建于工業(yè)或居民區，對安全防護的要求較高。但由于分布式光伏具有單體容量小、站址分散、應用場(chǎng)景和系統形式復雜等特征，在應對各類(lèi)電氣安全挑戰時(shí)難免捉襟見(jiàn)肘。
以電氣安全的角度看，交流防控側重于供電質(zhì)量和安全，而直流防控的重點(diǎn)是火災、電擊和雷擊等事故。就現狀而言，交流的標準比較健全，安全防范技術(shù)也相對成熟；但直流防范技術(shù)還有較大的提升空間，業(yè)界也將標準研制的重心聚焦于此。
直流拉弧即電路斷點(diǎn)處電流擊穿空氣所產(chǎn)生的持續火花，是直流安全技術(shù)中亟待破解的難題。在光伏系統中，接點(diǎn)松脫、接觸不良、接線(xiàn)斷裂、絕緣材料老化及破損等原因都可能產(chǎn)生電弧，其會(huì )使接觸部分溫度升高至3000～7000攝氏度，從而引發(fā)火災等安全事故。
過(guò)往的拉弧檢測僅支持較低水平的認證要求，已無(wú)法滿(mǎn)足分布式光伏不斷升級迭代的需求。一方面，傳統方案中輸入線(xiàn)纜回路長(cháng)度只有80m，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遠超于此；另一方面，既有方案支持的輸入電流僅為14A，但組件最大電流已超過(guò)20A，削足適履豈能達成預期目標？
正是在這樣的背景下，脫穎而出的直流拉弧智能檢測和快速關(guān)斷技術(shù)（AFCI）被寄予厚望，日益成為守護光伏安全的新型利器。簡(jiǎn)言之，AFCI是集成于逆變器的新功能，能在電弧產(chǎn)生時(shí)第一時(shí)間識別并切斷，以保證分布式光伏系統安全，避免電弧高溫導致火災。
不過(guò)，AFCI的門(mén)檻較高，部分廠(chǎng)商由供應商提供一體化算法包，再通過(guò)不同閾值參數進(jìn)行調試，在實(shí)踐中遇到不少難以克服的障礙——要想成功突圍，還需加強積累或另辟蹊徑。
開(kāi)辟AFCI智能化突圍新路徑
在A(yíng)FCI披荊斬棘的道路上，主要存在兩只“攔路虎”——噪音適應性和場(chǎng)景適配性。很多與AFCI相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品方案，都因過(guò)不了這兩關(guān)而折戟沉沙。
首當其沖的是噪聲適應性問(wèn)題。分布式光伏的設備現場(chǎng)運行環(huán)境紛繁多變，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；此外，在并聯(lián)和對地電弧檢測中，由于底噪在不同環(huán)境中均會(huì )變化，當前技術(shù)水平尚難精準識別。
來(lái)自場(chǎng)景適配性方面的挑戰也頗為嚴峻。隨著(zhù)光伏組件電流和逆變器單機功率不斷提升，實(shí)際使用場(chǎng)景中輸入側線(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。電弧的特征信號隨電流和線(xiàn)纜長(cháng)度增加會(huì )逐漸變弱，對檢測儀表和算法的精度提出更高要求。
顯而易見(jiàn)，AFCI既有的演進(jìn)軌跡亟待轉變，以解決分布式光伏在成長(cháng)中衍生出的諸多痛點(diǎn)。作為數字技術(shù)與電力電子技術(shù)融合的倡導者和踐行者，華為探索出一條AFCI智能化躍遷的嶄新路徑，為光伏安全邁向更高境界奠定基礎。
值得關(guān)注的是，華為AI BOOST AFCI智能電弧檢測方案支持的輸入線(xiàn)纜回路長(cháng)度最大可達200m、輸入電流最高為26A，且能有效區分噪聲和電弧，避免誤報、漏報；與此同時(shí)，華為擁有逆變器與優(yōu)化器的聯(lián)合解決方案，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，全方位保障光伏安全。
在一系列突破性創(chuàng )新的背后，是華為在ICT和人工智能領(lǐng)域的深厚積累，以及AFCI與深度學(xué)習技術(shù)的開(kāi)創(chuàng )性融合。與人工歸納設計不同，AI基于高度非線(xiàn)性模型可對海量數據進(jìn)行計算、迭代，尋找高維空間特征規律，有效區分形狀接近的特征信號，對已有痛點(diǎn)構成“降維打擊”。
更為重要的是，借助AI和深度學(xué)習技術(shù)，使檢測模型具備不斷學(xué)習未知頻譜的能力，大幅提升噪聲適應性；同時(shí)通過(guò)改善模型泛化能力，使模型能精準識別不同場(chǎng)景的電弧特征，真正將曾經(jīng)的兩大“攔路虎”化于無(wú)形。
奔赴從技術(shù)到標準的進(jìn)階之旅
從技術(shù)創(chuàng )新到行業(yè)標準體系的建立，通常有很長(cháng)的路要走。AFCI也不例外，尤其在電網(wǎng)安全、信息安全上升到更高戰略地位的當下，其跨越性的一躍直接關(guān)乎光儲產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
據了解，華為AFCI解決方案已獲得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。以AFCI為突破口，與產(chǎn)業(yè)界及相關(guān)行業(yè)部門(mén)攜手推進(jìn)新型電力系統標準體系的建立，從根源上解除安全隱患，是華為矢志不渝的追求。
令人欣喜的是，積極的行動(dòng)已陸續展開(kāi)，新一代安全標準的構建與落地并不遙遠。在歐洲、澳洲等地區，很多國家已把光伏直流拉弧檢測和快速關(guān)斷作為屋頂光伏的必備標準；在中國，國家標委會(huì )、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布《碳達峰碳中和標準體系建設指南》，將重點(diǎn)制訂新型電力系統電網(wǎng)側、電源側、負荷側、儲能側相關(guān)標準。
到2030年，我國以光伏為代表的新能源裝機占比將逾40％，新能源發(fā)電量占比超過(guò)20％。在奔赴雙碳目標的征途上，需要更多類(lèi)似AFCI這樣的安全利器，也期待華為數字能源及其志同道合的業(yè)界伙伴，能繼續為清潔能源的安全圖景添磚加瓦。
