电力微型智能传感器研究与应用-36页_8mb

电力微型智能传感器（南网极目）研究与应用总结

核心内容

电力微型智能传感器是构建数字电网的关键组成部分，其研究与应用旨在推动新型电力系统的建设，实现电网运行状态的全面感知与智能管理。该技术具备小微化、低功耗、自取能、高精度、宽频域、宽量程、低成本、高可靠等关键特征，能够满足电力系统在发输变配用各环节的测量需求。

主要观点

• 电力系统数字化需要在各环节广泛部署传感器，以实现全观、全测、全控。
• 传感器是数据生产者，为人工智能在电网的应用提供数据基础，推动电网运行从物理规律向数据关系转变。
• 非侵入式测量技术是实现电网无源、无线、精准监测的重要手段。
• 传感器的可靠通信和高效取能技术是实现大规模部署和稳定运行的关键。

关键信息

技术研究进展

1. 敏感元件研究

• 磁场传感芯片（TMR）：研发高性能MTJ结，实现高灵敏度与宽量程。技术指标显著提升，如线性度从1%提升至0.2%，线性范围从200Oe提升至1000Oe。
• 电场传感芯片：基于MEMS技术，实现量程覆盖100kV/m，精度1%，频域DC-1kHz。
• 气敏芯片：研制16阵列集成的MEMS金属氧化物半导体气敏传感芯片，可检测ppm级气体，如氢气、一氧化碳、乙烯、乙炔等。

2. 测量方法

• 非侵入式电流测量技术：采用磁电阻芯片阵列，通过三个单轴TMR芯片求解电流值，实现抗干扰。
• 非侵入式电压测量技术：提出异频信号注入与分布电容分压方法，实现电压测量。

3. 高效取能

• CT取能方法：发明μW~mW级宽范围自适应能量收集调理方法，适用于中低压线路。
• 能量收集调理电路：利用迟滞比较电路，实现小电流情况下的稳定能量收集。

4. 可靠通信

• 高可靠无线近场通信：采用光电协同技术，实现低时延、低功耗、高可靠性。
• 低功耗近距离无线通信对时：基于2.4G无线射频模块，实现百纳秒级、百微瓦级对时。

5. 智能传感系列产品

• 配电领域：研发非侵入自取能电气量集成传感器，实现中低压设备运行状态透明化。
• 输电领域：开发多物理量集成传感器，集成电流、温度、环境温湿度、气压、通道图像/视频等，实现输电线路全景监测。
• 变电领域：研发全电压等级保护用电流传感器，满足高精度、高稳定取能需求。

产品可靠性提升

• 引入FMECA质量管控、ESS筛选试验、国军标管理体系等方法，提升产品可靠性。
• 产品通过广东质检院等第三方检测，被纳入国资委《中央企业科技创新成果推荐目录（2022年版）》。

行业影响

• 在南网国际技术论坛、博鳌新型电力系统国际论坛、法国巴黎CIGRE大会等平台发布，获得央视新闻直播、人民日报、光明日报等央媒报道。
• 传感器在配电领域规模化部署数万套，覆盖智能配电、新能源、轨道交通等应用场景，有效支撑电网数字化。

标准化工作

• 中电联电力信息咨询有限公司召开年度会议，部署电力微型智能传感器标准化工作。
• 聚焦电力行业新型智能产业融合，推动标准化进程，促进技术应用与推广。

趋势展望

• 未来将更加注重传感器在强磁场、高电压环境下的灵敏传感机理与精准转换机制。
• 研究强电磁环境下传感器网络的可靠运行机制与多参数融合设备状态监测机理。
• 推动宽温域高精度量子电流传感器的研发，解决钻石系综NV色心哈密顿量中磁场信号的高精度解耦与提取问题。
• 通过技术创新与标准化建设，提升电力系统的智能化、数字化水平，助力实现“双碳”目标。