得益于全球清潔能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)和政策的大力支持，光伏產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期。在這一進(jìn)程中，技術(shù)創(chuàng)新發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。尤其是受益于半導(dǎo)體技術(shù)的飛速進(jìn)步，光伏行業(yè)不僅實(shí)現(xiàn)了成本降低和效率提升，還不斷拓展其應(yīng)用場(chǎng)景。

在上海國(guó)家會(huì)展中心舉辦的SNEC第十七屆（2024）國(guó)際太陽(yáng)能光伏與智慧能源展覽會(huì)上，精細(xì)化、定制化的產(chǎn)品琳瑯滿目，這些創(chuàng)新產(chǎn)品的背后，無(wú)不閃爍著半導(dǎo)體技術(shù)的光芒。這些先進(jìn)技術(shù)與光伏產(chǎn)業(yè)的深度融合，為行業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。

兆易創(chuàng)新攜一系列創(chuàng)新型解決方案亮相本次盛會(huì)，這些方案針對(duì)光伏、儲(chǔ)能、工業(yè)及通訊電源等領(lǐng)域，展示了兆易創(chuàng)新在推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)方面的堅(jiān)定決心和強(qiáng)大實(shí)力。

用AI來(lái)做慧眼

像人類發(fā)明的所有機(jī)器一樣，光伏設(shè)備也有自己的諸多隱患，由拉弧所產(chǎn)生的故障就是較為致命的一種。光伏電池板發(fā)出直流電，經(jīng)過(guò)光伏逆變器后，才轉(zhuǎn)成交流電。由于光伏電池組的電壓都很高，從幾百伏到最高1500V不等，加之電纜連接失效或器件老化，很容易產(chǎn)生高溫電弧。這不僅會(huì)對(duì)光伏板造成損傷，降低能量轉(zhuǎn)換效率，還可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)等安全事故。

防護(hù)的第一步就是檢測(cè)。兆易創(chuàng)新在本次展會(huì)上展示了基于高性能GD32H7系列MCU開發(fā)的檢測(cè)方案，最大亮點(diǎn)就是運(yùn)用AI算法，使得檢測(cè)準(zhǔn)確率大幅提升。

基于GD32H7系列MCU的AI直流拉弧檢測(cè)方案

傳統(tǒng)的電弧檢測(cè)包括波形分析法和特征提取法。波形分析法通過(guò)分析采集到的電壓和電流波形，觀察是否存在拉弧故障特征，如高頻振蕩、脈沖等。特征提取法則通過(guò)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和特征提取，提取出拉弧故障的特征參數(shù)，如能量、幅值、頻率等，從而判斷是否存在拉弧故障。

在面對(duì)不斷增多的應(yīng)用場(chǎng)景和海量數(shù)據(jù)時(shí)，傳統(tǒng)方法開始捉襟見肘，而AI算法則游刃有余。因?yàn)锳I是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，數(shù)據(jù)量越大，反而越能準(zhǔn)確做出判斷并制定出相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)則，進(jìn)而適應(yīng)千變?nèi)f化的具體應(yīng)用場(chǎng)景。有了AI算法，就等于給整個(gè)系統(tǒng)裝上了一個(gè)能明察秋毫的慧眼。

兆易創(chuàng)新的方案使用了深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，支持對(duì)1024、2048和4096采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，模型大小僅占用1.7KB的Flash空間，單次推理耗時(shí)不超過(guò)0.6毫秒，能夠?qū)χ绷骼‖F(xiàn)象即時(shí)響應(yīng)。模型還可以兼容不同硬件采集的數(shù)據(jù)，兼容0~40A光伏組串電流，實(shí)現(xiàn)100%準(zhǔn)確性。

強(qiáng)大的硬件核心

要實(shí)現(xiàn)高效的AI算法，必須以具備強(qiáng)大算力的硬件為基礎(chǔ)。兆易創(chuàng)新直流拉弧檢測(cè)方案的核心是GD32H7系列MCU。該系列采用基于Armv7E-M架構(gòu)的600MHz Arm Cortex-M7高性能內(nèi)核，憑借支持分支預(yù)測(cè)的6級(jí)超標(biāo)量流水線架構(gòu)，以及支持高帶寬的AXI和AHB總線接口，可實(shí)現(xiàn)更高的處理性能。其配備了1024KB到3840KB的片上Flash及1024KB的SRAM，包含512KB可配置超大緊耦合內(nèi)存(ITCM, DTCM)，確保關(guān)鍵指令與數(shù)據(jù)的零等待執(zhí)行。同時(shí)，還新增了大量通用外設(shè)資源，包含8個(gè)U(S)ART、4個(gè)I2C、6個(gè)SPI、4個(gè)I2S、2個(gè)SDIO以及2個(gè)八線制OSPI（可向下兼容四線制QSPI）等。

由于MCU計(jì)算性能和實(shí)時(shí)性要求限制，傳統(tǒng)拉弧檢測(cè)通常僅支持1到4個(gè)通道。在面對(duì)多組串逆變器和日益提高的安全性需求時(shí)，傳統(tǒng)方案明顯力不從心。對(duì)此，兆易創(chuàng)新提出的拉弧檢測(cè)方案，在滿足高安全性的前提下，盡可能提高檢測(cè)通道數(shù)，方案使用的GD32H7系列MCU具備了2個(gè)采樣速率可達(dá)4MSPS的14位ADC和1個(gè)采樣速率高達(dá)5.3MSPS的12位ADC，可保證在500K采樣率下支持多達(dá)12路ADC通道的拉弧檢測(cè)能力。并且，該方案除了支持12通道的內(nèi)部ADC數(shù)據(jù)采集，還搭載有一顆16位高精度的外部ADC，支持8路外部ADC數(shù)據(jù)采集，能滿足客戶的多樣性需求。

為便于數(shù)據(jù)的傳輸和處理，該方案還集成有內(nèi)存卡和基于GD32VW553的Wi-Fi模組，可自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)至云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集與AI模型訓(xùn)練，此外還預(yù)留有串口和CAN通信接口，方便應(yīng)用擴(kuò)展。而該方案板所用到的DC/DC、LDO等芯片均為兆易創(chuàng)新自有，極大地優(yōu)化了客戶的BOM選擇。

一站式AI算法服務(wù)

為了便于客戶進(jìn)行AI算法的生成和部署，兆易創(chuàng)新進(jìn)一步提供了一整套的工具和服務(wù)。

對(duì)于以AI算法為核心的拉弧檢測(cè)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)收集、訓(xùn)練和模型部署是非常重要的步驟。在最初的數(shù)據(jù)收集階段，兆易創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)采集工具，基于GD32 AFCI硬件平臺(tái)進(jìn)行電弧信號(hào)和正常信號(hào)的采集并生成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。接下來(lái)進(jìn)入數(shù)據(jù)訓(xùn)練階段，兆易創(chuàng)新提供的一鍵訓(xùn)練工具，訓(xùn)練并生成拉弧檢測(cè)AI模型，并支持一鍵生成可編譯、運(yùn)行的電弧檢測(cè)代碼，確保在各種場(chǎng)景中均能準(zhǔn)確識(shí)別電弧特征，減少漏報(bào)和誤報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)。在整個(gè)訓(xùn)練完成之后，工具生成的模型算法庫(kù)，可直接集成到用戶的工程文件里面來(lái)使用，快速的完成模型部署工作。

兆易創(chuàng)新的數(shù)據(jù)采集工具，還具備了數(shù)據(jù)分析功能。比如，客戶采集完數(shù)據(jù)之后，想了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量。該工具就可以將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)生成時(shí)域和頻域的波形圖，供客戶進(jìn)行判斷。

最后，兆易創(chuàng)新的方案還支持云端數(shù)據(jù)收集、云端訓(xùn)練和模型參數(shù)的OTA升級(jí)，這意味著用戶可以通過(guò)云平臺(tái)持續(xù)優(yōu)化和更新模型，以適應(yīng)各種復(fù)雜多變的工作環(huán)境。

在本次展會(huì)中，兆易創(chuàng)新的AI拉弧檢測(cè)方案榮獲了SNEC十大亮點(diǎn)“兆瓦級(jí)翡翠獎(jiǎng)”，充分彰顯了公司的技術(shù)實(shí)力與行業(yè)認(rèn)可度。

從光伏到數(shù)字電源的全面布局

除拉弧檢測(cè)外，兆易創(chuàng)新還帶了多款光伏及數(shù)字電源領(lǐng)域的解決方案，涵蓋了從AC-DC到DC-DC再到DC-AC的全方位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的MPPT等關(guān)鍵技術(shù)。

在太陽(yáng)能光伏板發(fā)電時(shí)，為了獲取更多能量，需要使用MPPT算法對(duì)光伏板的輸入電壓進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤。兆易創(chuàng)新基于GD32E50x系列的1kW光伏MPPT鋰電池模塊，采用了四開關(guān)buck-boost拓?fù)鋵?duì)光伏板進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，并對(duì)電池進(jìn)行恒流恒壓充電，峰值效率超過(guò)98%，最大功率點(diǎn)追蹤全范圍下超過(guò)99%。

基于GD32E50x系列的1kW光伏MPPT鋰電池模塊

雙向儲(chǔ)能逆變器方案采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)兩顆GD32E50x系列MCU控制三級(jí)架構(gòu)LLC + Buck/Boost + 逆變/PFC，能夠?qū)⑻?yáng)能光伏或電池電壓轉(zhuǎn)換為220V交流電，最大功率可達(dá)1kW；也可將220VAC市電電壓，輸出為24V直流電壓用以給電池包充電，最大功率達(dá)500W。

基于GD32E50x系列MCU的雙向儲(chǔ)能逆變器方案

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)是光儲(chǔ)能源電池系統(tǒng)高效、安全、可靠運(yùn)行的重要保障，公司的無(wú)線能源監(jiān)控通訊方案將GD32F527 MCU和具有2.4GHz Wi-Fi 6 + BLE 5.2通信功能的GD32VW553無(wú)線模組結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池等相關(guān)設(shè)備實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行采集處理和監(jiān)控。

基于GD32F527和GD32VW553的

無(wú)線能源監(jiān)控通訊方案

此外，兆易創(chuàng)新還帶來(lái)了500W PFC + LLC數(shù)字電源、90W Buck可調(diào)數(shù)字電源、460W交錯(cuò)CRM PFC服務(wù)器電源等方案。這些技術(shù)先進(jìn)的解決方案，結(jié)合兆易創(chuàng)新強(qiáng)大的支持服務(wù)，將推動(dòng)數(shù)字能源穩(wěn)步發(fā)展。

審核編輯：彭菁