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在不確定性因素交織的復(fù)雜環(huán)境中，很多行業(yè)的復(fù)蘇節(jié)奏都不及預(yù)期，發(fā)展前景也充滿變數(shù)。而光伏和儲能是罕有的特例，無論是短期業(yè)績增長還是長期市場景氣度，都處于“晴空萬里”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)會的統(tǒng)計顯示，2022年，國內(nèi)光伏新增裝機87.41吉瓦，同比增長59.3%;其中，分布式新增裝機51.1吉瓦，同比增長74.5%。伴隨裝機規(guī)模的迅猛上升，“分布式光伏+儲能”市場未來幾年有望快速放量。
盡管前景一片光明，但也要防范難以預(yù)判的“晴空顛簸”，最大限度地守住安全底線是光儲產(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(jiān)管重點任務(wù)》中，將加強光伏發(fā)電安全列入監(jiān)管范疇，并指出應(yīng)以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
從全球范圍來看，光伏發(fā)電各類安全事故中，電氣火災(zāi)發(fā)生的頻次最高，造成的損失也最大。透過諸多案例解析可以發(fā)現(xiàn)，電氣火災(zāi)主要由直流拉弧引起，采用光伏發(fā)電系統(tǒng)直流拉弧智能檢測和快速關(guān)斷技術(shù)(AFCI)，以“防消”結(jié)合的方式提高電站的安全防控水平勢在必行。
然而，傳統(tǒng)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(dǎo)光伏客戶，不恰當?shù)姆婪洞胧┥踔習黾有碌碾[患。在AFCI持續(xù)進化的過程中，既需要市場領(lǐng)頭羊樹立更高的技術(shù)標桿，也離不開整個行業(yè)標準的確立與規(guī)范。
近日，華為數(shù)字能源繼《方博碳討室》后重磅打造《比特與瓦特》欄目，每期邀請專家對業(yè)內(nèi)的熱點技術(shù)進行解讀，力求以生動的形式和簡明的語言，展示數(shù)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踐路徑，值得業(yè)界深入探索。
光伏安全面臨的主要挑戰(zhàn)
在電力用戶側(cè)風生水起的分布式光伏大多建于工業(yè)或居民區(qū)，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(yīng)用場景和系統(tǒng)形式復(fù)雜等特征，在應(yīng)對各類電氣安全挑戰(zhàn)時難免捉襟見肘。
以電氣安全的角度看，交流防控側(cè)重于供電質(zhì)量和安全，而直流防控的重點是火災(zāi)、電擊和雷擊等事故。就現(xiàn)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處電流擊穿空氣所產(chǎn)生的持續(xù)火花，是直流安全技術(shù)中亟待破解的難題。在光伏系統(tǒng)中，接點松脫、接觸不良、接線斷裂、絕緣材料老化及破損等原因都可能產(chǎn)生電弧，其會使接觸部分溫度升高至3000～7000攝氏度，從而引發(fā)火災(zāi)等安全事故。
過往的拉弧檢測僅支持較低水平的認證要求，已無法滿足分布式光伏不斷升級迭代的需求。一方面，傳統(tǒng)方案中輸入線纜回路長度只有80m，而在實際的工商業(yè)場景中，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20A，削足適履豈能達成預(yù)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。簡言之，AFCI是集成于逆變器的新功能，能在電弧產(chǎn)生時第一時間識別并切斷，以保證分布式光伏系統(tǒng)安全，避免電弧高溫導(dǎo)致火災(zāi)。
不過，AFCI的門檻較高，部分廠商由供應(yīng)商提供一體化算法包，再通過不同閾值參數(shù)進行調(diào)試，在實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。
開辟AFCI智能化突圍新路徑
在AFCI披荊斬棘的道路上，主要存在兩只“攔路虎”——噪音適應(yīng)性和場景適配性。很多與AFCI相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品方案，都因過不了這兩關(guān)而折戟沉沙。
首當其沖的是噪聲適應(yīng)性問題。分布式光伏的設(shè)備現(xiàn)場運行環(huán)境紛繁多變，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，在遇到環(huán)境噪聲接近電弧頻譜特征時無法有效區(qū)分;此外，在并聯(lián)和對地電弧檢測中，由于底噪在不同環(huán)境中均會變化，當前技術(shù)水平尚難精準識別。
來自場景適配性方面的挑戰(zhàn)也頗為嚴峻。隨著光伏組件電流和逆變器單機功率不斷提升，實際使用場景中輸入側(cè)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。電弧的特征信號隨電流和線纜長度增加會逐漸變?nèi)�，對檢測儀表和算法的精度提出更高要求。
顯而易見，AFCI既有的演進軌跡亟待轉(zhuǎn)變，以解決分布式光伏在成長中衍生出的諸多痛點。作為數(shù)字技術(shù)與電力電子技術(shù)融合的倡導(dǎo)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(chǔ)。
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纜回路長度最大可達200m、輸入電流最高為26A，且能有效區(qū)分噪聲和電弧，避免誤報、漏報;與此同時，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(nèi)唯一兼容0V快速關(guān)斷與AFCI的廠商，可實現(xiàn)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)的開創(chuàng)性融合。與人工歸納設(shè)計不同，AI基于高度非線性模型可對海量數(shù)據(jù)進行計算、迭代，尋找高維空間特征規(guī)律，有效區(qū)分形狀接近的特征信號，對已有痛點構(gòu)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(yīng)性;同時通過改善模型泛化能力，使模型能精準識別不同場景的電弧特征，真正將曾經(jīng)的兩大“攔路虎”化于無形。
奔赴從技術(shù)到標準的進階之旅
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(zhàn)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(jù)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)部門攜手推進新型電力系統(tǒng)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，積極的行動已陸續(xù)展開，新一代安全標準的構(gòu)建與落地并不遙遠。在歐洲、澳洲等地區(qū)，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、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布《碳達峰碳中和標準體系建設(shè)指南》，將重點制訂新型電力系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、負荷側(cè)、儲能側(cè)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20%。在奔赴雙碳目標的征途上，需要更多類似AFCI這樣的安全利器，也期待華為數(shù)字能源及其志同道合的業(yè)界伙伴，能繼續(xù)為清潔能源的安全圖景添磚加瓦。
（責任編輯：華康）
