光伏所到之處,撒播陽光的“種子”,收獲出綠色的電能,但也帶來了安全的隱患。

因光伏失火引發的事故,在全球范圍都屢見不鮮。蘋果和亞馬遜的光伏電站都曾發生火災,造成財物損失,沃爾瑪也曾因屋頂光伏發生火災與供應商特斯拉展開過一場引人關注的訴訟……

造成光伏失火的一個主要原因,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(AFCI),解決直流拉弧帶來的隱患,為屋頂光伏系統帶上“安全帽”。

“直流拉弧”背后的安全隱患

在整個光伏行業中,分布式光伏以其獨特優勢,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展勢頭非常迅猛。

量變帶來了質變,因為分布式光伏保有量的激增,也讓光伏安全事故時有發生,去年年底,國內某個百億級的光伏項目,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”這個專業術語,走進了公眾的視野。

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

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

哪些“斷點”容易產生電弧呢?

在光伏系統中,接點松脫、接觸不良、接線斷裂、絕緣材料老化、碳化、電線受潮、腐蝕、絕緣材料破損等原因都可能產生電弧。由于光伏系統直流側接線端子很多,發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零點,一旦產生就會持續燃燒,很難熄滅,極易造成火災事故。據統計,光伏電站過半數火災事故是由直流電弧引起,隨著光伏組件規格越做越大,直流側系統功率和電流增強,引起火災的風險也在相應增加。

要解決這個目前分布式光伏最大的安全隱患,電弧檢測與阻斷技術(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(AFCI),是集成于逆變器的功能,在電弧產生時第一時間識別并切斷,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。

客觀地說,AFCI技術就是伴隨分布式光伏發展起來的技術,但傳統的技術存在很多問題。

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

其次是場景的適應性。隨著光伏組件和光伏逆變器技術發展和產品演進,光伏組件電流和逆變器單機功率不斷提升,對于實際使用場景,輸入側線纜長度和電弧最大電流均可能超過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纜回路長度僅為80米,而在實際的工商業場景中,逆變器與電站之間的距離越來越遠,甚至可能超過200米,80米的檢測長度已無法滿足需求;再比如,傳統方案支持的輸入電流僅為14A,但隨著技術發展,組件最大電流已經超過了20A,現有方案也無法匹配技術進步。同時,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,華為技術專家劉偉所形容的,“不完善的AFCI功能,就是屋頂光伏電站上的一顆地雷。”

解決問題的關鍵,還在技術本身。華為AI BOOST AFCI智能電弧檢測方案,就是為此而來。

面對人力無法解決運行環境的復雜性問題,華為的方案是基于AI于高度非線性模型,可同時對海量數據進行計算、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。

尤其是針對環境噪音這個核心痛點時,華為采用的是逆變器與優化器的聯合解決方案,精讀更高,抗干擾能力強,是業內唯一兼容0V快速關斷與AFCI的廠商,可實現組件級的電弧故障位置定位。

再加上這個方案支持的輸入線纜回路長度,最大可達200m,支持輸入電流最大為26A,具備更強的場景適應性,同時華為的AI算法,具備動態識別線纜長度的能力,能根據不同線纜長度調整算法策略,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發展的基石

無疑,光伏安全也是電網安全的組成部分,是光儲產業高質量可持續發展的基石。

隨著光伏和儲能越來越多地部署在園區,建筑,家庭,它們與人們的生產、生活更加緊密結合在一起,必須保障人身和財產安全。產業界需要共同去推動和落實新型電力系統標準體系的建立,從根源上解決“安全隱患”,保證產業健康持續發展。

政府側正在加強政策引導,為加強分布式光伏發電安全工作,促進產業健康可持續發展,在2021年,國家能源局綜合司發布了關于公開征求對《關于加強分布式光伏發電安全工作的通知(征求意見稿)》意見的公告。

在產業界,光伏產業也在主動與相關行業部門聯合建立安全標準,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斷作為標準,所有屋頂光伏必須具備這個能力。

在企業側,以華為為代表的數字能源企業,從技術引領上已經走到了行業前列,如AI BOOST AFCI智能電弧檢測方案,就以優異的表現,獲得了TUV 63027認證、CGC鑒衡頒發的最高等級認證L4。同時華為還是IEC 63027國際標準編制項目組成員。

安全無小事,尤其是分布式光伏如此快速的發展節奏,對AFCI技術來講,也需要第一時間,從政策制定、標準確立和技術創新上達成共識,促進光伏產業的長期可持續發展。