得益于全球清洁能源需求的持续增长和政策的大力支持，光伏产业正迎来蓬勃发展的黄金时期。在这一进程中，技术创新发挥了至关重要的作用。尤其是受益于半导体技术的飞速进步，光伏行业不仅实现了成本降低和效率提升，还不断拓展其应用场景。
在上海国家会展中心举办的SNEC第十七届（2024）国际太阳能光伏与智慧能源展览会上，精细化、定制化的产品琳琅满目，这些创新产品的背后，无不闪烁着半导体技术的光芒。这些先进技术与光伏产业的深度融合，为行业的持续发展注入了强劲动力。
兆易创新携一系列创新型解决方案亮相本次盛会，这些方案针对光伏、储能、工业及通讯电源等领域，展示了兆易创新在推动能源转型和产业升级方面的坚定决心和强大实力。
用AI来做慧眼
像人类发明的所有机器一样，光伏设备也有自己的诸多隐患，由拉弧所产生的故障就是较为致命的一种。光伏电池板发出直流电，经过光伏逆变器后，才转成交流电。由于光伏电池组的电压都很高，从几百伏到最高1500V不等，加之电缆连接失效或器件老化，很容易产生高温电弧。这不仅会对光伏板造成损伤，降低能量转换效率，还可能会引发火灾等安全事故。
防护的第一步就是检测。兆易创新在本次展会上展示了基于高性能GD32H7系列MCU开发的检测方案，最大亮点就是运用AI算法，使得检测准确率大幅提升。
基于GD32H7系列MCU的AI直流拉弧检测方案
传统的电弧检测包括波形分析法和特征提取法。波形分析法通过分析采集到的电压和电流波形，观察是否存在拉弧故障特征，如高频振荡、脉冲等。特征提取法则通过对采集到的信号进行数学处理和特征提取，提取出拉弧故障的特征参数，如能量、幅值、频率等，从而判断是否存在拉弧故障。
在面对不断增多的应用场景和海量数据时，传统方法开始捉襟见肘，而AI算法则游刃有余。因为AI是数据驱动的，数据量越大，反而越能准确做出判断并制定出相应的检测规则，进而适应千变万化的具体应用场景。有了AI算法，就等于给整个系统装上了一个能明察秋毫的慧眼。
兆易创新的方案使用了深度卷积神经网络，支持对1024、2048和4096采样点的实时检测，模型大小仅占用1.7KB的Flash空间，单次推理耗时不超过0.6毫秒，能够对直流拉弧现象即时响应。模型还可以兼容不同硬件采集的数据，兼容0~40A光伏组串电流，实现100%准确性。
强大的硬件核心
要实现高效的AI算法，必须以具备强大算力的硬件为基础。兆易创新直流拉弧检测方案的核心是GD32H7系列MCU。该系列采用基于Armv7E-M架构的600MHz Arm? Cortex?-M7高性能内核，凭借支持分支预测的6级超标量流水线架构，以及支持高带宽的AXI和AHB总线接口，可实现更高的处理性能。其配备了1024KB到3840KB的片上Flash及1024KB的SRAM，包含512KB可配置超大紧耦合内存(ITCM, DTCM)，确保关键指令与数据的零等待执行。同时，还新增了大量通用外设资源，包含8个U(S)ART、4个I2C、6个SPI、4个I2S、2个SDIO以及2个八线制OSPI（可向下兼容四线制QSPI）等。
由于MCU计算性能和实时性要求限制，传统拉弧检测通常仅支持1到4个通道。在面对多组串逆变器和日益提高的安全性需求时，传统方案明显力不从心。对此，兆易创新提出的拉弧检测方案，在满足高安全性的前提下，尽可能提高检测通道数，方案使用的GD32H7系列MCU具备了2个采样速率可达4MSPS的14位ADC和1个采样速率高达5.3MSPS的12位ADC，可保证在500K采样率下支持多达12路ADC通道的拉弧检测能力。并且，该方案除了支持12通道的内部ADC数据采集，还搭载有一颗16位高精度的外部ADC，支持8路外部ADC数据采集，能满足客户的多样性需求。
为便于数据的传输和处理，该方案还集成有内存卡和基于GD32VW553的Wi-Fi模组，可自动上传数据至云端，实现数据的在线采集与AI模型训练，此外还预留有串口和CAN通信接口，方便应用扩展。而该方案板所用到的DC/DC、LDO等芯片均为兆易创新自有，极大地优化了客户的BOM选择。
一站式AI算法服务
为了便于客户进行AI算法的生成和部署，兆易创新进一步提供了一整套的工具和服务。
对于以AI算法为核心的拉弧检测来说，数据收集、训练和模型部署是非常重要的步骤。在最初的数据收集阶段，兆易创新提供数据采集工具，基于GD32 AFCI硬件平台进行电弧信号和正常信号的采集并生成标准数据格式。接下来进入数据训练阶段，兆易创新提供的一键训练工具，训练并生成拉弧检测AI模型，并支持一键生成可编译、运行的电弧检测代码，确保在各种场景中均能准确识别电弧特征，减少漏报和误报的风险。在整个训练完成之后，工具生成的模型算法库，可直接集成到用户的工程文件里面来使用，快速的完成模型部署工作。
兆易创新的数据采集工具，还具备了数据分析功能。比如，客户采集完数据之后，想了解数据的质量。该工具就可以将导入的数据生成时域和频域的波形图，供客户进行判断。
最后，兆易创新的方案还支持云端数据收集、云端训练和模型参数的OTA升级，这意味着用户可以通过云平台持续优化和更新模型，以适应各种复杂多变的工作环境。
在本次展会中，兆易创新的AI拉弧检测方案荣获了SNEC十大亮点“兆瓦级翡翠奖”，充分彰显了公司的技术实力与行业认可度。
从光伏到数字电源的全面布局
除拉弧检测外，兆易创新还带了多款光伏及数字电源领域的解决方案，涵盖了从AC-DC到DC-DC再到DC-AC的全方位拓扑结构，以及相关的MPPT等关键技术。
在太阳能光伏板发电时，为了获取更多能量，需要使用MPPT算法对光伏板的输入电压进行最大功率点追踪。兆易创新基于GD32E50x系列的1kW光伏MPPT锂电池模块，采用了四开关buck-boost拓扑对光伏板进行最大功率点追踪，并对电池进行恒流恒压充电，峰值效率超过98%，最大功率点追踪全范围下超过99%。
基于GD32E50x系列的1kW光伏MPPT锂电池模块
双向储能逆变器方案采用模块化设计，通过两颗GD32E50x系列MCU控制三级架构LLC + Buck/Boost +逆变/PFC，能够将太阳能光伏或电池电压转换为220V交流电，最大功率可达1kW；也可将220VAC市电电压，输出为24V直流电压用以给电池包充电，最大功率达500W。
基于GD32E50x系列MCU的双向储能逆变器方案
数据监测是光储能源电池系统高效、安全、可靠运行的重要保障，公司的无线能源监控通讯方案将GD32F527 MCU和具有2.4GHz Wi-Fi 6 + BLE 5.2通信功能的GD32VW553无线模组结合，可以实现对电池等相关设备实时工作状态进行采集处理和监控。
基于GD32F527和GD32VW553的
无线能源监控通讯方案
此外，兆易创新还带来了500W PFC + LLC数字电源、90W Buck可调数字电源、460W交错CRM PFC服务器电源等方案。这些技术先进的解决方案，结合兆易创新强大的支持服务，将推动数字能源稳步发展。