隨著智能電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對斷路器 (ACB MCCB) 穩(wěn)定性和安全性要求越來越高。

智能電網(wǎng) (Smart Grid) 指電網(wǎng)的智能化 (智能電力)，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是基于集成的高效雙向通信網(wǎng)絡(luò)，采用先進(jìn)的傳感技術(shù)和測量技術(shù)，先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)與控制方法，以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)而構(gòu)建的智能化應(yīng)用。其具有更好的實(shí)時性，更好的運(yùn)行穩(wěn)定可靠性，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)更高效率的電能轉(zhuǎn)換，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等智能化設(shè)備設(shè)施使用的控制芯片需要具有更高的性能。

圖1:基于MCX N94x系列MCU的智能斷路器

其中新一代智能斷路器需要具備故障診斷、諧波分析、健康狀態(tài)管理、泛在物聯(lián)、邊緣計算（ACB）等功能。恩智浦新一代MCX N94x系列MCU采用雙核心Arm Cortex-M33設(shè)計，同時支持AI核心功能，能使斷路器具備故障推測及學(xué)習(xí)的能力，智能交流電弧檢測技術(shù)。同時，恩智浦提供了eIQ Porta工具幫助客戶訓(xùn)練人工智能模型，可大大提升斷路器的智能化水平。

圖2：eIQ Porta工具界面

同時，MCX N94x采用雙核心設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)將斷路器的通信及控制邏輯與實(shí)時保護(hù)算法分屬在不同的內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)。該產(chǎn)品性能和成本較雙芯片方案有明顯的優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)框架斷路器（ACB）部分產(chǎn)品采用的雙MCU方案，雙核心架構(gòu)的芯片，內(nèi)核之間通信的速度和效率更高。

此外，軟件架構(gòu)上可采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，一個核心專注于長延時、短延時、瞬動等保護(hù)算法的執(zhí)行，將故障及狀態(tài)通過MCU內(nèi)部的MailBox提供給另外一個核心獲??；另一個核心獲取并消費(fèi)這些信息，同時進(jìn)行一些通信及控制邏輯的實(shí)現(xiàn)。如此，一方面保證核心斷路器保護(hù)算法的可靠性、實(shí)時性；另一方面也提升了諸如應(yīng)用功能如諧波分析，健康狀態(tài)管理，人機(jī)界面，泛在物聯(lián)等非實(shí)時功能的可實(shí)現(xiàn)性。

圖3：生產(chǎn)者消費(fèi)者模型

此外，為了最大程度保證斷路器軟硬件的可靠性，符合IEC61508及IEC60730相關(guān)功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求，必然成為下一代智能斷路器的技術(shù)要求。

圖4：NXP IEC 60730功能安全庫的組成

恩智浦MCX N94x MCU針對功能安全的需求專門提供了庫，方便用戶快速集成功能安全的相關(guān)功能，功能安全庫按功能劃分主要分為對CPU進(jìn)行測試和對外設(shè)進(jìn)行測試，按工作模式劃分也可分為復(fù)位后的單次自檢及在程序運(yùn)行過程中的定時自檢。

復(fù)位后單次自檢可包含對看門狗、內(nèi)部Flash、RAM，PC指針、程序運(yùn)行棧及模擬或數(shù)字IO口的測試。另外在程序運(yùn)行過程中，除去用戶的應(yīng)用代碼以外，仍然需要周期性的對CPU的寄存器、Flash、RAM、程序運(yùn)行棧及模擬或數(shù)字IO口進(jìn)行自檢測試。

斷路器通過部署符合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的功能安全，在強(qiáng)電磁干擾的情況下，可有效降低MCU及控制系統(tǒng)出錯概率，保證系統(tǒng)軟件功能的可靠性，防止出現(xiàn)誤動作、誤保護(hù)的情況。

圖5：功能安全的執(zhí)行流程圖

最后，根據(jù)智能斷路器產(chǎn)品性能要求不同，基于恩智浦芯片實(shí)現(xiàn)的智能斷路器還具有人機(jī)交互、電壓和電流監(jiān)控測量、繼電器開關(guān)控制、ADC模擬量采集（輔助觸點(diǎn)）、E2PROM讀寫、液晶顯示等功能。

恩智浦MCX N94x擁有高性能SoC架構(gòu)技術(shù)、出色的低功耗技術(shù)、數(shù)模混合設(shè)計架構(gòu)技術(shù)、高可靠性技術(shù)、安全性技術(shù)等核心技術(shù)并持續(xù)創(chuàng)新。該器件基于成熟的Arm內(nèi)核，憑借高可靠性、高穩(wěn)定性、高集成特性等優(yōu)勢特點(diǎn)，可應(yīng)用于各種工業(yè)場合，推動更多創(chuàng)新技術(shù)。

審核編輯：劉清