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(fā)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(fā)生火災(zāi),造成財(cái)物損失,沃爾瑪也曾因屋頂光伏發(fā)生火災(zāi)與供應(yīng)商特斯拉展開過一場引人關(guān)注的訴訟……

造成光伏失火的一個主要原因,就是直流拉弧現(xiàn)象。

華為數(shù)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),解決直流拉弧帶來的隱患,為屋頂光伏系統(tǒng)帶上“安全帽”。

“直流拉弧”背后的安全隱患

在整個光伏行業(yè)中,分布式光伏以其獨(dú)特優(yōu)勢,最適合分布式電源建設(shè),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。

量變帶來了質(zhì)變,因?yàn)榉植际焦夥Ｓ辛康募ぴ?也讓光伏安全事故時有發(fā)生,去年年底,國內(nèi)某個百億級的光伏項(xiàng)目,因?yàn)槭Щ?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(yè)術(shù)語,走進(jìn)了公眾的視野。

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

電弧產(chǎn)生高溫,強(qiáng)烈時可以產(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(xù)火花。在光伏系統(tǒng)中,持續(xù)的電弧會使得接觸部分溫度升高至3000-7000度,從而引發(fā)火災(zāi)。

哪些“斷點(diǎn)”容易產(chǎn)生電弧呢?

在光伏系統(tǒng)中,接點(diǎn)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(chǎn)生電弧。由于光伏系統(tǒng)直流側(cè)接線端子很多,發(fā)生電弧危害的可能性較高。

并且,直流電弧的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交流電弧,由于直流電弧不存在過零點(diǎn),一旦產(chǎn)生就會持續(xù)燃燒,很難熄滅,極易造成火災(zāi)事故。據(jù)統(tǒng)計(jì),光伏電站過半數(shù)火災(zāi)事故是由直流電弧引起,隨著光伏組件規(guī)格越做越大,直流側(cè)系統(tǒng)功率和電流增強(qiáng),引起火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)也在相應(yīng)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(shù)(AFCI)應(yīng)運(yùn)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)生時第一時間識別并切斷,用于保證分布式光伏系統(tǒng)安全,避免電弧高溫導(dǎo)致火災(zāi)的技術(shù)。

客觀地說,AFCI技術(shù)就是伴隨分布式光伏發(fā)展起來的技術(shù),但傳統(tǒng)的技術(shù)存在很多問題。

首先是運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性,由于設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變,傳統(tǒng)方案中的電弧檢測算法和閾值設(shè)定主要基于人的經(jīng)驗(yàn),在遇到環(huán)境噪聲接近電弧頻譜特征時,無法有效區(qū)分。這就容易產(chǎn)生漏報(bào)、誤報(bào)。但是屋頂拉弧的安全隱患巨大,一旦漏報(bào),就會造成很大的損失。

其次是場景的適應(yīng)性。隨著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(jī)功率不斷提升,對于實(shí)際使用場景,輸入側(cè)線纜長度和電弧最大電流均可能超過標(biāo)準(zhǔn)給定的測試工況。

最典型的情況就是距離,比如傳統(tǒng)方案支持的輸入線纜回路長度僅為80米,而在實(shí)際的工商業(yè)場景中,逆變器與電站之間的距離越來越遠(yuǎn),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(tǒng)方案支持的輸入電流僅為14A,但隨著技術(shù)發(fā)展,組件最大電流已經(jīng)超過了20A,現(xiàn)有方案也無法匹配技術(shù)進(jìn)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(shù)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(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。

面對人力無法解決運(yùn)行環(huán)境的復(fù)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(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、迭代,尋找高維空間特征規(guī)律,最大的程度上避免了漏報(bào)和誤報(bào)。

尤其是針對環(huán)境噪音這個核心痛點(diǎn)時,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(qiáng),是業(yè)內(nèi)唯一兼容0V快速關(guān)斷與AFCI的廠商,可實(shí)現(xiàn)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(dá)200m,支持輸入電流最大為26A,具備更強(qiáng)的場景適應(yīng)性,同時華為的AI算法,具備動態(tài)識別線纜長度的能力,能根據(jù)不同線纜長度調(diào)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(xù)發(fā)展的基石。

隨著光伏和儲能越來越多地部署在園區(qū),建筑,家庭,它們與人們的生產(chǎn)、生活更加緊密結(jié)合在一起,必須保障人身和財(cái)產(chǎn)安全。產(chǎn)業(yè)界需要共同去推動和落實(shí)新型電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)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(xù)發(fā)展。

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

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

在企業(yè)側(cè),以華為為代表的數(shù)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,就以優(yōu)異的表現(xiàn),獲得了TUV 63027認(rèn)證、CGC鑒衡頒發(fā)的最高等級認(rèn)證L4。同時華為還是IEC 63027國際標(biāo)準(zhǔn)編制項(xiàng)目組成員。

安全無小事,尤其是分布式光伏如此快速的發(fā)展節(jié)奏,對AFCI技術(shù)來講,也需要第一時間,從政策制定、標(biāo)準(zhǔn)確立和技術(shù)創(chuàng)新上達(dá)成共識,促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。