AI开始参与设计AFCI,大幅提升设备稳定性与可靠性

2024-08-13

电弧故障分断器(AFCI)是一种特殊的电路保护装置,用于识别和中断电路中的电弧故障,以防止电气火灾的发生。当检测到异常电弧时,它会在电弧故障发展成为火灾或电路短路之前迅速断开电源。

电弧是电流通过空气或其他绝缘介质产生的放电现象,通常表现为高热和强光。这种故障电弧可能发生在电线损坏、接触不良等地方。相比传统的断路器和漏电保护器,AFCI能更精确地识别电弧故障,避免误报,并及时切断电源。

在储能系统中,AFCI的作用主要体现在提升电器安全和防火能力上。储能系统通常需要配置多种保护装置以确保安全和可靠运行。根据《电化学储能电站设计规范》GB51048-2014,储能电站直流侧的保护可以由功率变换系统及电池管理系统完成,其中电池管理系统应具备过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护和直流绝缘监测等功能。

虽然AFCI 不能取代传统的漏电、过载和短路保护,但它提供了额外的安全层,特别是在检测和中断由故障电弧引起的火灾风险方面。

在储能系统中,除了基本的过流、过载和短路保护外,还需要考虑逆功率保护。逆功率保护装置用于防止储能系统向电网送电,确保储能系统安全高效运行,特别是在自发自用的光伏系统中,安装了带防逆流的光伏系统后,光伏发的电仅供给就地负载使用,防止逆流发生。

AI正在参与设计AFCI

传统AFCI设备依赖于预设的阈值和模式匹配来识别电弧故障,但这种方法可能会遇到误报或漏报的问题,因为电弧特征可能因环境条件而异,而且电弧信号与正常电气噪声之间的区别有时并不明显。

AI技术,特别是机器学习(ML),可以显著改善AFCI的性能,提高电弧检测的准确性,减少误报,从而为电站提供更高级的安全保护。

例如通过华为开发AI加持分布式智能光伏解决方案,采用了AFCI拉弧检测技术,能在2秒内快速自动切断电路,通过自学习算法训练电弧检测模型,实现精准检测。

据北京鉴衡认证中心对华为带AFCI功能的逆变器进行了全面的技术评估和性能验证,结果表明该技术满足UL 1699B-2018《光伏直流电弧故障电路保护安全标准》的要求,达到CGC/GF 175:2020《电弧检测及快速关断性能等级评价技术规范》中的最高等级“L4”水平。

ADI公司也探讨了将电弧检测集成到光伏逆变器设备中的可能性,其中提到使用AI算法的智能IV诊断技术,能够远程100%组件健康检查,精准识别组串故障类型,大幅提升运维效率。

此外,通过在STM32上运行的AI算法,AFCI能够更精确地识别电弧故障的特征信号,与传统机理算法相比,显著提升了检测的准确性。

AI算法具备自学习和自适应能力,能够在各种电流波形不规则的情况下正确区分正常电弧和故障电弧,有效避免了误跳闸。并且基于AI的AFCI能够适应不同的使用环境和电气条件,确保在各种复杂情况下均能稳定工作。将过流或漏电保护等功能集成到AI-AFCI中,提供更全面的电路保护方案,符合UL1699等国际标准。

在实际应用中,AFCI技术面临的挑战包括电弧噪音微弱难以侦测、外界干扰信号多导致易误报等问题。而AI技术的引入,通过自学习和算法优化,可以有效提升噪声适应性,区分噪声和电弧特征,实现电弧及故障的精准定位。

小结

AI技术在AFCI设计中的应用,不仅提高了电弧检测的准确性和响应速度,还增强了系统的自适应性和可靠性,为光伏电站的安全运行提供了有力保障。随着技术的不断进步,AI在AFCI中的应用将变得更加成熟,进一步提升电气系统的安全性和可靠性。

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