傳感器在智能電網系統中的應用與研究

王浩然，王 涵，魏 瑋

（鄭州財經學院，河南 鄭州 450000）

電網系統的智能化，是現代電力企業發展的重點方向，將對人們的用電體驗以電力系統安全性產生重要的影響。在智能電網系統的設計和開發過程中，除了要用到現代先進的計算機、信息化技術，各類傳感器技術的應用也是非常關鍵的。傳感器作為給電網系統提供關鍵信息、并擔當指令傳輸執行的元件，關系到智能電網系統的自動化、功能化及智能化的水平。因此，在我國電力產業持續發展的背景下，有必要進一步對智能電網系統中的傳感器應用策略進行研究。

1.智能電網系統與傳感器應用概述

1.1 傳感器

傳感器主要是指為滿足相關信息收集需求，而安裝于電子、機械系統各個部位，具有信息收集、處理、傳輸功能的檢測裝置。在智能化電網系統中，傳感器安裝于系統中的不同位置，將檢測到的信息轉化為相應的信號或信息，完成信息儲存、處理、傳輸、顯示、控制等任務?？傮w來講，傳感器主要具有數字化、信息化、智能化及微型化等特點，是實現遠程控制、自動化控制乃至智能化控制的關鍵。

1.2 智能電網

智能電網系統，主要是指在集成、高效雙向通信網絡基礎上建立的，通過現代控制系統及傳感檢測技術，實現電力生產、電力管理及電力服務智能化功能的綜合性系統。智能電網系統融合了現代先進的計算機技術、信息化技術、大數據技術及傳感器技術等，是實現電力生產效率提升、優化服務體驗、保證電力安全的關鍵[1]。從電力管理的角度來講，智能電力系統將能實現對電力系統生產、設備運行中各類數據的實時分析，對異常情況進行評估，通過風險預警或自動化處理等方式，規避電力風險。從電力服務的角度來講，可以更進一步收集用戶用電信息，了解用戶體驗，并通過大數據分析，為用戶提供更好的服務體驗?？梢哉f，智能電網系統是未來我國電力產業發展的主要方向，值得深入研究。

2.智能電網系統中應用傳感器的必要性分析

從傳感器和智能電網的系統的關系來看，前文提到，傳感器是智能電網系統的“感官系統”，是檢測、收集各類信息的核心渠道，其收集信息的效率、準確性，將直接決定智能電網系統運行控制方式的科學性。同時，傳感器也是智能電網系統指令執行系統的重要組成，負責將控制中樞經過分析決策而做出的指令發布到各個部件，并配置執行[2-3]。顯然，智能電網系統的運行，離不開對各類數據、信息的實時收集和處理。而傳統的電力生產、管理和服務，各類信息需要人工采集，采集量小、采集效率低、信息準確性不佳等問題，嚴重制約了電力企業的發展。所以，傳感器技術的先進與否，將直接決定智能電網系統的智能化水平，并影響系統運行效果。總體來講，在智能電網系統中優化傳感器技術，具有以下幾方面的意義：其一，提高電網系統運行效率。其二，保證電網運行安全。其三，提高電力企業服務水平。其四，經濟性和環保性意義。同時，提高系統的運行穩定性，降低損耗，規避安全風險，進而降低管理維護成本。另外，通過傳感器技術的升級優化，將能實現對電網系統運行模式的改良，進而降低電力損耗，滿足生態保護及可持續發展需求。

3.傳感器在智能電網系統中的設計應用要點

3.1 在系統管理方面的應用

一直以來，關于電力系統的運行，都需要注重日常的管理。電力系統的管理主要分為生產管理、服務管理、用戶管理等，在智能電網系統中，關于這方面的管理要求更高。為此，應當充分考慮電網系統的基本特點，加強電網運行管理，提高管理水平[4]。在這個過程中，傳感器作為關鍵信息檢測、監控、處理和傳輸的裝置，需要發揮更重要的作用。首先，在智能電網系統中的顯示器、電源、信號調制等模塊中，裝有大量不同類型的傳感器，并組成整個電網感知模塊的基礎。在這些傳感器中，電源是為傳感器感知系統提供動力的關鍵，可以充分保證傳感器可以發揮穩定的運行效果。時鐘裝置在傳感器信號的收集、傳輸、執行等環節中，提供必要的脈沖信號，便于系統實時核準時間，調整時鐘頻率，確保信息處理過程的各個時間節點保持一致。另外，將射頻天線和信號調制裝置進行配合使用，可以有效地提升信號傳輸的完整性和效率，同時還可以優化電源系統，提高智能電網系統中的信息數據利用價值。在現代智能電網系統的研發中，應用和升級傳感器系統，可提高系統運行機制的合理性[5-7]。其次，在現代智能化電網系統不斷升級的過程中，通過傳感器技術可以實現對電網運行管理的實時控制，及時消除各類安全隱患，提高系統安全性。

3.2 在智能開關系統中的應用

在大數據時代背景下，電力產業規模逐步擴大，電力生產及管理活動中，需要收集和利用的信息不僅體量越來越大，類型也越來越多樣化和復雜化[8]。為此，需要利用多種類型的傳感器對各種數據信息進行收集，并通過科學方式處理，應用到智能電網系統之中。比如，在智能開關系統中，傳感器的應用價值尤為突出。在檢測斷路器的觸頭時，可以使用斷路器機械位移傳感器。該傳感器主要是利用旋轉光柵測量原理，對斷路器裝置的位移角度進行監測，當識別到相關脈沖信號之后，對信號進行分析處理，進而幫助斷路器進行相關動作。在監測斷路器裝置控制回路和電源回路電流信號時，一般是使用小電流傳感器。這種傳感器用到的是霍爾效應的原理，對穿過傳感器的電流值轉換為電壓信號，生成相應的反映斷路器回路狀態的電信號。

3.3 在智能變壓系統中的應用

變壓器是電力系統中不可或缺的關鍵部分，而智能電網系統中的變壓系統，同樣需要可靠的傳感器提供支持。首先，速動油壓繼電器作為一種變壓系統中比較重要的傳感器裝置，其主要是對油箱內壓力變化情況進行監測，并轉化為系統可以識別的系統，實現對變壓系統安全性的管控。其次，在變電器設備過壓保護裝置的應用中，壓力釋放閥也是一種可靠的傳感器裝置[9]。如圖1所示，壓力釋放閥裝置主要是應用于油浸式變壓器中，如果變壓器內部因油氣化而壓力劇增時，壓力釋放閥的傳感器感受到壓力快速增長，隨即自動打開閥門，進行卸壓操作，當壓力釋放到標準壓力值時，再關閉。這將很好地保證變壓器的安全，同時也避免外部雜質進入油箱。另外，氣體繼電器也是一種變壓系統中比較關鍵的保護裝置，通過傳感器實現對系統內異常氣體的監測，再自動轉為相應的控制回路，實現對系統的安全保護。

圖1 SY-YSF8-55/130KJTH(KJB)壓力釋放閥結構圖

4.傳感器在智能電網系統中的技術研發趨勢

從當下的電力應用環境的角度來講，社會經濟的持續發展，意味著全社會的電力需求越來越大，相應的用電體驗要求也越來越高。顯然，傳統的電力生產、管理及服務模式，越來越無法滿足社會及用戶更高的要求。因此，在積極設計開發先進智能電網系統的同時，要對傳感器技術進行進一步的研究。研究的方向主要包括：其一，提高傳感器運行效率和精準性。傳感器檢測、收集、處理信息的效率和準確性，將直覺決定智能電網系統的分析決策，所以需要進一步進行技術優化。其二，提高傳感器環境適應性。在智能電網系統中，傳感器的工作環境十分復雜，包括電力生產環境、系統運行環境、用戶終端環境等，這要求傳感器具備良好的環境適應能力和抗干擾能力，能夠為智能電網系統持續提供準確的信息。其三，提升傳感器本身的智能化水平。在更為先進的智能電網系統中，傳感器本身也需要逐步具備一定的智能化特點，即能夠根據系統運行要求，結合環境變化特點，對信息數據的收集、處理方式進行調整，并具備自我故障診斷的能力[10]。

5.結語

綜上所述，在我國電力產業迅速發展、人們的用電體驗要求越來越高的背景下，智能電網系統的研究和應用尤為關鍵。傳感器作為智能電網系統中不可或缺的一部分，同時也是實現電力產業智能化生產、管理與服務的關鍵。通過多樣化的傳感器，可以對電力系統中各個部分的各項數據信息進行實時監測、收集、處理、傳輸，便于控制系統的應用。可以說，傳感器對智能電網系統的建設和深化應用，有至關重要的意義。所以，應當持續加強對傳感器技術的深入研究，進而提高智能電網系統的建設應用水平，為社會生產力的發展以及人們的便捷、安全用電體驗，奠定可靠的基礎。