電力傳感器朝微型化和集成化方向發展
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來源: 中國電力新聞網 作者: 日期: 20.06.04

  電力傳感器朝微型化和集成化方向發展

  ——訪全球能源互聯網研究院有限公司電力傳感技術研究所所長郭經紅

  鄧恢平

  電力傳感器是電網獲取各種數據和參數的觸手,是能源互聯網的“偵查兵”,對能源互聯網建設意義重大。近日,全球能源互聯網研究院有限公司電力傳感技術研究所所長郭經紅就我國電力傳感器產業發展狀況以及電力傳感器支撐能源互聯網建設等問題接受中國電力報記者專訪。

  中國電力報:請您簡要介紹下我國傳感器產業發展情況和水平?

  郭經紅:當前,世界傳感器技術與應用主要分布于歐盟、美國、韓國、日本及中國等國家和地區。我國傳感器產業已初步形成了長三角、環渤海、珠三角以及中西部地區4大區域集聚發展的產業空間格局。

  在先進傳感技術方面,例如微納傳感器、低功耗MEMS(微機電系統)傳感器、

  多功能微型傳感器、新型微聲學傳感器及其陣列技術等,我國仍處于并跑和跟跑水平。

  在產品應用方面,我國傳感器產品以低端產品或應用集成為主,傳感器的質量、價格、功能有待提高。國產高端傳感器產品自給率不足,跨國公司占據了80%以上的市場份額。

  中國電力報:您認為下一階段電力傳感器有哪些核心技術待突破?

  郭經紅:經過調研分析,我認為電力傳感器目前亟待突破的核心技術主要有四方面:一是突破電力傳感材料和器件技術。研制交直流電氣量傳感器,滿足直流量測、電能質量等需求;培育低成本、高可靠、可與一次設備融合設計的電流、局放、氣體及振動等光學傳感器件;加快聲表面波、紅外及熱電堆等非接觸型溫度傳感器的研發。

  二是研發低功耗寬窄融合無線傳感網協議和產品,適應電力感知需求,兼顧超低功耗、帶寬等指標;建立基于一致性通信協議與評測方法的無線傳感網絡互聯互通及評測體系,解決不同供應商產品與協議的兼容性以及各項性能評估問題。

  三是針對電力感知應用具有快速響應的特征,形成智能分析技術平臺,實現“傳感+就地分析”;凇捌脚_+應用”模式,將感知與測量、控制深度結合,解決電力智能傳感器技術和應用的碎片化問題。

  四是掌握傳感器取能和集成封測技   術。研究環境微能收集技術的應用和優化,研發與電力傳感器融合集成的取能器件。針對電力系統強電磁干擾等工況特點進行集成設計,研制集傳感、通信、計算、安全及取能等功能于一體的智能傳感器,形成系列化產品,并建立耐候性、可靠性試驗驗證體系。

  中國電力報:您認為電力傳感器在能源互聯網建設中起到怎樣的作用?能源互聯網加快建設又會對電力傳感器發展帶來哪些影響?

  郭經紅:電力傳感器和由此構成的能源互聯網基礎設施數字化感知體系是能源互聯網的重要基礎設施之一,能夠有效支撐能源互聯網的建設。例如,在發電環節,尤其是風電、光伏等新能源發電,需要溫度、光學、傾角、速度、圖像及位置等多種傳感器,支撐發電裝備故障診斷與健康監測,預防事故發生。在輸電、變電及配電等環節,需要利用微氣象、桿塔傾斜、覆冰、舞動、弧垂、風偏、局放、介損、絕緣氣體、泄漏電流、振動及壓力等多種傳感器及智能終端,實現對電氣主設備狀態、環境與其他輔助信息的采集,支撐電網生產運行過程的信息全面感知及智能應用。在用電環節,面向智能用電、電動汽車、智能家居等應用場景,采用電能質量、負荷監測、圖像視頻等傳感器及量測裝置等,支撐需求側柔性負荷資源的充分利用,補償能源互聯網中因直流慣性不足或供需失衡導致的頻率波動等系統運行問題,同時   提升能源利用率。

  隨著能源互聯網建設的推進,電網對信息感知的深度、廣度和密度提出了更高要求,對傳感器需求呈現爆發式增長,給電力傳感器行業發展帶來新的機遇和挑戰。

  電網的進一步發展要求電力傳感器需要具備大量程、寬頻帶及高動態范圍等特性;針對直流電網和交直流混合電網的感知需求,需要培育微型低功耗、寬頻帶、高頻響的電流、電壓、電場及磁場傳感器,并逐步向其他工業應用領域延伸拓展。

  鑒于電網運行過程和監測系統產生的數據種類和數據量將快速增加,但大多數感知數據的價值低,需要研究低功耗傳感網協議和通信模組,提升網絡交互效率;引入壓縮感知、邊緣計算等理論和技術,減輕傳感網絡和系統壓力,保障網絡可靠性。

  此外,隨著能源互聯網的發展,智能感知技術將從電網本體拓展到智慧園區、智能家居等環節,與5G、工業互聯網等新基建領域相互滲透,需要利用新材料和微納工藝,提供微型化、集成化的電力傳感器,提升傳感器與電氣設備的集成度。

  下一步,國家電網有限公司將以能源電力專業領域需求為導向,加強與外部單位合作,加快具有核心競爭力的產品創新,促進各方合作共建電力傳感器創新生態體系,構建完善的產業鏈,為建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業提供技術保障。

責任編輯:高慧君  投稿郵箱:網上投稿

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