我國“十四五”規劃和(hé)2035年遠(yuǎn)景目标綱要提出，加強關鍵數字技術創新應用(yòng)，加快(kuài)推動數字産業化(huà)，推進産業數字化(huà)轉型。當前，能源革命與數字革命相融并進，加快(kuài)電力系統數字化(huà)轉型已成爲推動電網和(hé)電網企業高(gāo)質量發展的(de)必由之路。電力智能傳感技術連接電力系統的(de)物(wù)理(lǐ)空間與數字空間，将加快(kuài)電力系統數字化(huà)轉型。

電力系統可(kě)觀可(kě)測可(kě)控能力亟待提升

随著(zhe)大(dà)量分(fēn)布式能源和(hé)電力電子器件接入電力系統，新型電力系統在電源結構、負荷特性、電網形态等方面呈現多(duō)樣性，電網的(de)關鍵特性将發生深刻變化(huà)，迫切需要實現對(duì)各種參量的(de)實時(shí)測量反饋與動态調整，提升電力系統的(de)可(kě)觀、可(kě)測、可(kě)控能力，構建數字孿生電網，保障電網在複雜(zá)網絡互聯條件下(xià)穩定運行。

電力智能傳感技術主要涉及傳感器、傳感網、智能分(fēn)析等方面。

在電源側，風電、光(guāng)伏發電等大(dà)量新能源發電設備接入，需要感知溫度、光(guāng)學及位置等信息，監測發電設備運行狀态、健康情況等，預防事故發生，提高(gāo)發電效率并延長(cháng)設備壽命。在電網側，在輸電、變電、配電等場(chǎng)景下(xià)，需要利用(yòng)微氣象、溫濕度、杆塔傾斜、覆冰、舞動、弧垂、風偏、局部放電、振動及壓力等感知裝置，采集電網運行與設備狀态、環境與其他(tā)輔助信息，支撐電網生産運行過程中的(de)信息全面感知及智能應用(yòng)。在負荷側，需要利用(yòng)電能質量、負荷監測等傳感量測裝置采集智能用(yòng)電、新能源汽車負荷等信息，支撐需求側柔性負荷資源利用(yòng)，提升能源利用(yòng)率及用(yòng)戶側用(yòng)能精細化(huà)管理(lǐ)水(shuǐ)平。

2021年，國家重點研發計劃設立了(le)“智能傳感器”專項。國家電網公司首批“揭榜挂帥”攻關任務建立“微型低功耗電力傳感器技術及應用(yòng)”研究框架，電力智能傳感技術進入全面發展的(de)階段。

電力智能傳感技術實現多(duō)領域重點突破

電力智能傳感技術涉及多(duō)學科交叉融合，目前呈現先進傳感材料與器件、低功耗傳感網、傳感器微源取能、邊緣群智分(fēn)析、融合設計等多(duō)領域體系化(huà)協同創新發展趨勢。

先進傳感材料與器件涉及設備狀态表征與“聲、光(guāng)、電、磁、熱(rè)、力”等感知機理(lǐ)、敏感材料、傳感器件制備等方向，是傳感技術的(de)核心。随著(zhe)感知機理(lǐ)與傳感材料技術不斷創新突破，各類新型的(de)電氣量、狀态量、環境量、行爲量傳感器将應用(yòng)于新型電力系統。國網智能電網研究院有限公司目前在變壓器油溶氣體分(fēn)離裝置、隧穿磁阻（TMR）磁敏電流傳感器、基于非接觸式傳感技術的(de)架空輸電線路動态增容系統等方面取得(de)一定成果。變壓器油溶氣體分(fēn)離裝置主要利用(yòng)油氣分(fēn)離膜實現變壓器油中溶解氣體的(de)分(fēn)離，達到變壓器狀态檢測的(de)目的(de)。該公司自主研發的(de)油氣分(fēn)離膜采用(yòng)中空纖維結構，增加了(le)油氣分(fēn)離膜的(de)壽命，提升了(le)油氣分(fēn)離效率，可(kě)在1小時(shí)甚至更短時(shí)間内實現油氣分(fēn)離，避免氣化(huà)油進入檢測腔。油氣分(fēn)離膜可(kě)穩定運行3年以上，提高(gāo)了(le)檢測的(de)準确性和(hé)可(kě)靠性。TMR磁敏傳感元件降低了(le)磁場(chǎng)噪聲，提升了(le)探測靈敏度。未來(lái)，基于TMR磁敏傳感元件形成的(de)低功耗、易部署的(de)微型電流傳感器可(kě)應用(yòng)于電網中微弱電流、高(gāo)精度交直流、電能表計等場(chǎng)景。基于非接觸式傳感技術的(de)架空輸電線路動态增容系統依靠激光(guāng)雷達和(hé)紅外測溫技術，獲取導線對(duì)地距離和(hé)導線溫度等關鍵參數，實現導線載流量評估和(hé)校驗，爲輸電線路容量調整提供了(le)基礎數據，提升了(le)輸電通(tōng)道的(de)最大(dà)安全輸送能力。

低功耗傳感網能夠爲傳感器提供泛在連接通(tōng)信媒介，是實現分(fēn)布式感知和(hé)數據融合的(de)基礎。由于電力系統環境複雜(zá)特殊，海量傳感器無源無線化(huà)成爲重要發展趨勢。低功耗無線傳感網絡将提升傳感系統長(cháng)期運行可(kě)靠性，降低運維難度。國網智研院基于國家電網公司的(de)輸變電設備物(wù)聯網通(tōng)信協議(yì)，采用(yòng)低功耗設計技術，研發超低功耗無線傳感通(tōng)信模組與彙聚設備，模組平均功耗達微瓦級，經測算(suàn)可(kě)滿足現場(chǎng)電池供電類傳感器持續工作7年以上的(de)需求，可(kě)解決輸變電場(chǎng)景下(xià)感知網絡的(de)超低功耗、安全可(kě)靠接入難題。

傳感器微源取能是通(tōng)過收集環境中電磁、振動及溫差等微量能源爲傳感器供能的(de)技術。目前，國網智研院已研發出侵入式與非侵入式磁場(chǎng)取能樣機。在保障樣機可(kě)貼合電纜的(de)前提下(xià)，侵入式磁場(chǎng)取能樣機支持在220千伏電纜應用(yòng)，且在110千伏電纜應用(yòng)時(shí)，可(kě)将取能所需的(de)線路負荷下(xià)限由7安降到2安。非侵入式磁場(chǎng)取能樣機體積已縮小至7.2立方厘米，相比國内外同類裝置，取能效率約提升66%，有望在品字形電纜、三芯電纜等場(chǎng)景推廣應用(yòng)，爲實現傳感器去電池化(huà)奠定基礎。

此外，邊緣群智分(fēn)析與融合設計關鍵技術研究正在開展。邊緣群智分(fēn)析技術可(kě)實現電力圖像、局部放電等感知信号的(de)就地處理(lǐ)、智能分(fēn)析與診斷。融合設計技術可(kě)實現傳感、通(tōng)信、計算(suàn)、取能等功能在傳感器的(de)一體化(huà)集成及一二次融合，推動電力設備智能化(huà)。

将爲電力系統精确感知與智能控制提供支撐

電力智能傳感技術的(de)不斷突破創新使得(de)物(wù)理(lǐ)空間與數字空間在量測、計算(suàn)及控制等多(duō)環節上高(gāo)效融合，将爲新型電力系統的(de)精确感知與智能控制提供支撐。

廣義負荷全景觀測：新型電力系統中以分(fēn)布式電源、新能源汽車、分(fēn)布式儲能及可(kě)調節負荷等爲代表的(de)廣義負荷接入比例不斷攀升，源、網、荷、儲各環節的(de)互動關聯性将不斷加強。未來(lái)，基于新型磁阻材料的(de)電流傳感器具有低成本、易帶電安裝的(de)優勢，适合在覆蓋範圍廣、線路分(fēn)支多(duō)及負荷變化(huà)大(dà)的(de)用(yòng)戶側環境部署使用(yòng)，實現負荷信息的(de)全景觀測。

局部放電立體監測與精确定位：現階段，高(gāo)頻(pín)、特高(gāo)頻(pín)、超聲等局部放電傳感器在電力主設備狀态感知中廣泛應用(yòng)。未來(lái)，電網企業可(kě)通(tōng)過優化(huà)的(de)硬件平台和(hé)專用(yòng)芯片把智能算(suàn)法就地部署在傳感器上，形成“物(wù)”端計算(suàn)系統，并結合典型案例庫與算(suàn)法庫，提高(gāo)故障立體辨識響應速度和(hé)定位精準度。

輸電線路動态增容能力提升：新能源發電呈現波動性特征，需要準确獲取導線狀态、環境參量，爲線路動态增容提供基礎數據。應用(yòng)非接觸式傳感技術可(kě)采集輸電線路全景信息，利用(yòng)線路沿線的(de)磁場(chǎng)、電場(chǎng)、振動及溫差等外部條件實現傳感器微源取能，并通(tōng)過低功耗無線傳感網實現可(kě)靠安全連接。

智能傳感器微型化(huà)：微納傳感技術的(de)發展使進一步壓縮傳感器體積、實現傳感器與電力設備的(de)高(gāo)度融合成爲可(kě)能。系統級封裝（SIP）、微機電系統（MEMS）、納機電系統（NEMS）等技術和(hé)工藝的(de)突破和(hé)應用(yòng)，将助力電力專用(yòng)的(de)微型化(huà)感知器件開發，推進電力設備的(de)智能化(huà)。

電力智能傳感技術将在加強電網協調控制能力、促進多(duō)元用(yòng)戶供需互動、提升電力需求側管理(lǐ)水(shuǐ)平和(hé)設備智能化(huà)水(shuǐ)平等方面發揮重要作用(yòng)，引領電力系統數字化(huà)技術創新和(hé)産業升級。（來(lái)源 北(běi)極星輸配電網）