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电力智能传感手艺 加速电力系统数字化转型

宣布时间:2022/03/26 泉源:k8凯发

我国“十四五”妄想和2035年远景目的纲要提出,增强要害数字手艺立异应用,加速推动数字工业化,推进工业数字化转型 。目今,能源革命与数字革命相融并进,加速电力系统数字化转型已成为推动电网和电网企业高质量生长的必由之路 。电力智能传感手艺毗连电力系统的物理空间与数字空间,将加速电力系统数字化转型 。

电力系统可观可测可控能力亟待提升

随着大宗漫衍式能源和电力电子器件接入电力系统,电力系统在电源结构、负荷特征、电网形态等方面泛起多样性,电网的要害特征将爆发深刻转变,迫切需要实现对州参量的实时丈量反响与动态调解,提升电力系统的可观、可测、可控能力,构建数字孪生电网,包管电网在重大网络互联条件下稳固运行 。

电力智能传感手艺主要涉及传感器、传感网、智能剖析等方面 。

在电源侧,风电、光伏发电等大宗新能源发电装备接入,需要感知温度、光学及位置等信息,监测发电装备运行状态、康健情形等,预防事故爆发,提高发电效率并延伸装备寿命 。在电网侧,在输电、变电、配电等场景下,需要使用微气象、温湿度、杆塔倾斜、覆冰、舞动、弧垂、风偏、局部放电、振动及压力等感知装置,收罗电网运行与装备状态、情形与其他辅助信息,支持电网生产运行历程中的信息周全感知及智能应用 。在负荷侧,需要使用电能质量、负荷监测等传感量测装置收罗智能用电、新能源汽车负荷等信息,支持需求侧柔性负荷资源使用,提升能源使用率及用户侧用能细腻化治理水平 。

2021年,国家重点研发妄想设立了“智能传感器”专项 。国家电网公司首批“揭榜挂帅”攻关使命建设“微型低功耗电力传感器手艺及应用”研究框架,电力智能传感手艺进入周全生长的阶段 。

电力智能传感手艺实现多领域重点突破

电力智能传感手艺涉及多学科交织融合,现在泛起传感质料与器件、低功耗传感网、传感器微源取能、边沿群智剖析、融合设计等多领域系统化协同立异生长趋势 。

传感质料与器件涉及装备状态表征与“声、光、电、磁、热、力”等感知机理、敏感质料、传感器件制备等偏向,是传感手艺的焦点 。随着感知机理与传感质料手艺一直立异突破,种种的电宇量、状态量、情形量、行为量传感器将应用于电力系统 。国网智能电网研究院有限公司现在在变压器油溶气体疏散装置、隧穿磁阻(TMR)磁敏电撒播感器、基于非接触式传感手艺的倾轧输电线路动态增容系统等方面取得一定效果 。变压器油溶气体疏散装置主要使用油气疏散膜实现变压器油中消融气体的疏散,抵达变压器状态检测的目的 。该公司研发的油气疏散膜接纳中空纤维结构,增添了油气疏散膜的寿命,提升了油气疏散效率,可在1小时甚至更短时间内实现油气疏散,阻止气化油进入检测腔 。油气疏散膜可稳固运行3年以上,提高了检测的准确性和可靠性 。TMR磁敏传感元件降低了磁场噪声,提升了探测迅速度 。未来,基于TMR磁敏传感元件形成的低功耗、易安排的微型电撒播感器可应用于电网中微弱电流、高精度交直流、电能表计等场景 ;诜墙哟ナ酱惺忠盏那阍输电线路动态增容系统依赖激光雷达和红外测温手艺,获取导线对地距离和导线温度等要害参数,实现导线载流量评估和校验,为输电线路容量调解提供了基础数据,提升了输电通道的清静运送能力 。

低功耗传感网能够为传感器提供泛在毗连通讯前言,是实现漫衍式感知和数据融合的基础 。由于电力系统情形重大,海量传感器无源无线化成为主要生长趋势 。低功耗无线传感网络将提升传感系统恒久运行可靠性,降低运维难度 。国网智研院基于国家电网公司的输变电装备物联网通讯协议,接纳低功耗设计手艺,研发超低功耗无线传感通讯模组与汇聚装备,模组平均功耗达微瓦级,经测算可知足现场电池供电类传感器一连事情7年以上的需求,可解决输变电场景下感知网络的超低功耗、清静可靠接入难题 。

传感器微源取能是通过网络情形中电磁、振动及温差等微量能源为传感器供能的手艺 。现在,国网智研院已研发出侵入式与非侵入式磁场取能样机 。在包管样机可贴合电缆的条件下,侵入式磁场取能样机支持在220千伏电缆应用,且在110千伏电缆应用时,可将取能所需的线路负荷下限由7安降到2安 。非侵入式磁场取能样机体积已缩小至7.2立方厘米,相比海内外同类装置,取能效率约提升66%,有望在品字形电缆、三芯电缆等场景推广应用,为实现传感器去电池化涤讪基础 。

别的,边沿群智剖析与融合设计要害手艺研究正在开展 。边沿群智剖析手艺可实现电力争像、局部放电等感知信号的就地处置惩罚、智能剖析与诊断 。融合设计手艺可实现传感、通讯、盘算、取能等功效在传感器的一体化集成及一二次融合,推动电力装备智能化 。

将为电力系统准确感知与智能控制提供支持

电力智能传感手艺的一直突破立异使得物理空间与数字空间在量测、盘算及控制等多环节上高效融合,将为电力系统的准确感知与智能控制提供支持 。

广义负荷全景视察:电力系统中以漫衍式电源、新能源汽车、漫衍式储能及可调理负荷等为代表的广义负荷接入比例一直攀升,源、网、荷、储各环节的互动关联性将一直增强 。未来,基于磁阻质料的电撒播感用具有低本钱、易带电装置的优势,适合在笼罩规模广、线路分支多及负荷转变大的用户侧情形安排使用,实现负荷信息的全景视察 。

局部放电立体监测与准确定位:现阶段,高频、特高频、超声等局部放电传感器在电力主装备状态感知中普遍应用 。未来,电网企业可通过优化的硬件平台和专用芯片把智能算法就地安排在传感器上,形成“物”端盘算系统,并团结典范案例库与算法库,提高故障立体辨识响应速率和定位精准度 。

输电线路动态增容能力提升:新能源发电泛起波动性特征,需要准确获取导线状态、情形参量,为线路动态增容提供基础数据 。应用非接触式传感手艺可收罗输电线路全景信息,使用线路沿线的磁场、电场、振动及温差等外部条件实现传感器微源取能,并通过低功耗无线传感网实现可靠清静毗连 。

智能传感器微型化:微纳传感手艺的生长使进一步压缩传感器体积、实现传感器与电力装备的高度融合成为可能 。系统级封装(SIP)、微机电系统(MEMS)、纳机电系统(NEMS)等手艺和工艺的突破和应用,将助力电力专用的微型化感知器件开发,推进电力装备的智能化 。

电力智能传感手艺将在增强电网协调控制能力、增进多元用户供需互动、提升电力需求侧治理水平和装备智能化水一律方面施展主要作用,引领电力系统数字化手艺立异和工业升级 。



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