智能守護，安全無憂：恩智浦MCX N系列NPU電弧檢測技術解析

隨著全球光伏儲能市場的不斷發展，光伏及儲能逆變器和也在不斷進行技術升級和創新。作為ESS技術發展的重要趨勢，光伏系統發電的安全性可靠性也越來越得到重視，直流系統的故障檢測具有很高的應用價值，對光伏或者儲能系統的早期故障能夠有效檢測，大大減少火災發生的機率。恩智浦MCX N系列NPU的電弧檢測技術廣泛應用于各種需要電弧檢測的場合，如：

■ 電力系統：用于監測和檢測電力系統中的電弧故障，及時采取措施防止故障擴大。

■ 工業控制：在工業自動化和機器人控制系統中，用于檢測潛在的電弧風險，確保生產安全。

■ 智能家居：在智能家居系統中，用于監測電路中的電弧情況，提高家庭用電的安全性。

恩智浦推出電弧檢測軟硬件方案及數據采集訓練軟件可大大加速用戶電弧檢測產品的開發速度。其中MCX N系列MCU內部集成了NPU，可達到業界領先的4.8Gops的推理速度，可加速卷積神經網絡的運算。提高電弧故障檢測的實時性。

基于AI的故障電弧檢測實現過程分為數據采集，數據訓練，模型量化，模型的驗證及部署五個過程，均可以通過NXP所搭配的一站式上位機軟件來完成。

如下圖所示，根據UL1699B要求搭建測試平臺，PV模擬源輸出經過電弧發生裝置后，輸入到光伏逆變器的直流PV輸入端。通過串聯其中的互感器，檢測故障電弧產生的交流信號。通過采集板采集，MCXN947所集成的ADC，具備16bit 分辨率，同時在16bit分辨率下可支持高達2Mbps的采樣速率，使其非常適合電弧信號的采集，信號通過ADC采樣進入MCU進行處理。

NXP提供的采集板目前支持兩路電弧信號的同時檢測，采集板作為子卡插接在FRDM-MCXN947板子上。

關于采集電路設計，在理論研究中，通過分析頻域特性，我們通常發現直流故障電弧發生時，直流電流在10KHz-100kHz頻段范圍內的諧波能量會明顯增大。所以所設計的電路使用帶通濾波處理輸入信號。其頻帶特性如下圖所示：

根據標準要求,每個電壓和電流等級下測試：

采樣板輸入的信號如下圖所示，所采集到的交流信號混雜了逆變器本身的諧波干擾及發生直流電弧信號。

同時，在頻域檢測方法的應用中，為了盡量避免直流故障電弧特征頻段與光伏系統因自身控制等導致的諧波畸變頻段之間產生相互耦合、干擾，選取了10kHz-100kHz頻段作為直流故障電弧的特征頻段進行分析、檢測。

在原理上，利用FFT進行諧波計算，取2048點為分段，進行FFT運算，MCXN947內部帶有PowerQuad模塊，可加速FFT的運算。其計算結果，量化后給到MCXN947所帶的NPU進行處理。得到最終的分類結果。從而有效辨識出有電弧的場景。

實時運行過程中，通過串口打印檢測結果，目前當檢測到電弧發生時，串口輸出如圖所示，同時輸出識別匹配度為99%。

隨著技術的不斷發展，恩智浦MCX N系列NPU的電弧檢測技術將進一步提升智能化水平和檢測精度。未來，該技術有望在更多領域得到應用，為電力系統的安全穩定運行和智能化發展做出更大貢獻!