王浩然，王 涵，魏 瑋

（鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化，是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向，將對(duì)人們的用電體驗(yàn)以電力系統(tǒng)安全性產(chǎn)生重要的影響。在智能電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，除了要用到現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、信息化技術(shù)，各類傳感器技術(shù)的應(yīng)用也是非常關(guān)鍵的。傳感器作為給電網(wǎng)系統(tǒng)提供關(guān)鍵信息、并擔(dān)當(dāng)指令傳輸執(zhí)行的元件，關(guān)系到智能電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化、功能化及智能化的水平。因此，在我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下，有必要進(jìn)一步對(duì)智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用策略進(jìn)行研究。

1.智能電網(wǎng)系統(tǒng)與傳感器應(yīng)用概述

1.1 傳感器

傳感器主要是指為滿足相關(guān)信息收集需求，而安裝于電子、機(jī)械系統(tǒng)各個(gè)部位，具有信息收集、處理、傳輸功能的檢測(cè)裝置。在智能化電網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器安裝于系統(tǒng)中的不同位置，將檢測(cè)到的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的信號(hào)或信息，完成信息儲(chǔ)存、處理、傳輸、顯示、控制等任務(wù)?？傮w來講，傳感器主要具有數(shù)字化、信息化、智能化及微型化等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)化控制乃至智能化控制的關(guān)鍵。

1.2 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)系統(tǒng)，主要是指在集成、高效雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建立的，通過現(xiàn)代控制系統(tǒng)及傳感檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)、電力管理及電力服務(wù)智能化功能的綜合性系統(tǒng)。智能電網(wǎng)系統(tǒng)融合了現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)及傳感器技術(shù)等，是實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)效率提升、優(yōu)化服務(wù)體驗(yàn)、保證電力安全的關(guān)鍵[1]。從電力管理的角度來講，智能電力系統(tǒng)將能實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行中各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，對(duì)異常情況進(jìn)行評(píng)估，通過風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警或自動(dòng)化處理等方式，規(guī)避電力風(fēng)險(xiǎn)。從電力服務(wù)的角度來講，可以更進(jìn)一步收集用戶用電信息，了解用戶體驗(yàn)，并通過大數(shù)據(jù)分析，為用戶提供更好的服務(wù)體驗(yàn)?？梢哉f，智能電網(wǎng)系統(tǒng)是未來我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向，值得深入研究。

2.智能電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用傳感器的必要性分析

從傳感器和智能電網(wǎng)的系統(tǒng)的關(guān)系來看，前文提到，傳感器是智能電網(wǎng)系統(tǒng)的“感官系統(tǒng)”，是檢測(cè)、收集各類信息的核心渠道，其收集信息的效率、準(zhǔn)確性，將直接決定智能電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行控制方式的科學(xué)性。同時(shí)，傳感器也是智能電網(wǎng)系統(tǒng)指令執(zhí)行系統(tǒng)的重要組成，負(fù)責(zé)將控制中樞經(jīng)過分析決策而做出的指令發(fā)布到各個(gè)部件，并配置執(zhí)行[2-3]。顯然，智能電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行，離不開對(duì)各類數(shù)據(jù)、信息的實(shí)時(shí)收集和處理。而傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)、管理和服務(wù)，各類信息需要人工采集，采集量小、采集效率低、信息準(zhǔn)確性不佳等問題，嚴(yán)重制約了電力企業(yè)的發(fā)展。所以，傳感器技術(shù)的先進(jìn)與否，將直接決定智能電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化水平，并影響系統(tǒng)運(yùn)行效果?？傮w來講，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中優(yōu)化傳感器技術(shù)，具有以下幾方面的意義：其一，提高電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率。其二，保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。其三，提高電力企業(yè)服務(wù)水平。其四，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性意義。同時(shí)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，降低損耗，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而降低管理維護(hù)成本。另外，通過傳感器技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化，將能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式的改良，進(jìn)而降低電力損耗，滿足生態(tài)保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展需求。

3.傳感器在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 在系統(tǒng)管理方面的應(yīng)用

一直以來，關(guān)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行，都需要注重日常的管理。電力系統(tǒng)的管理主要分為生產(chǎn)管理、服務(wù)管理、用戶管理等，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，關(guān)于這方面的管理要求更高。為此，應(yīng)當(dāng)充分考慮電網(wǎng)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行管理，提高管理水平[4]。在這個(gè)過程中，傳感器作為關(guān)鍵信息檢測(cè)、監(jiān)控、處理和傳輸?shù)难b置，需要發(fā)揮更重要的作用。首先，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的顯示器、電源、信號(hào)調(diào)制等模塊中，裝有大量不同類型的傳感器，并組成整個(gè)電網(wǎng)感知模塊的基礎(chǔ)。在這些傳感器中，電源是為傳感器感知系統(tǒng)提供動(dòng)力的關(guān)鍵，可以充分保證傳感器可以發(fā)揮穩(wěn)定的運(yùn)行效果。時(shí)鐘裝置在傳感器信號(hào)的收集、傳輸、執(zhí)行等環(huán)節(jié)中，提供必要的脈沖信號(hào)，便于系統(tǒng)實(shí)時(shí)核準(zhǔn)時(shí)間，調(diào)整時(shí)鐘頻率，確保信息處理過程的各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)保持一致。另外，將射頻天線和信號(hào)調(diào)制裝置進(jìn)行配合使用，可以有效地提升信號(hào)傳輸?shù)耐暾院托?，同時(shí)還可以優(yōu)化電源系統(tǒng)，提高智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)利用價(jià)值。在現(xiàn)代智能電網(wǎng)系統(tǒng)的研發(fā)中，應(yīng)用和升級(jí)傳感器系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制的合理性[5-7]。其次，在現(xiàn)代智能化電網(wǎng)系統(tǒng)不斷升級(jí)的過程中，通過傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行管理的實(shí)時(shí)控制，及時(shí)消除各類安全隱患，提高系統(tǒng)安全性。

3.2 在智能開關(guān)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，電力產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，電力生產(chǎn)及管理活動(dòng)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(fù)雜化[8]。為此，需要利用多種類型的傳感器對(duì)各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，并通過科學(xué)方式處理，應(yīng)用到智能電網(wǎng)系統(tǒng)之中。比如，在智能開關(guān)系統(tǒng)中，傳感器的應(yīng)用價(jià)值尤為突出。在檢測(cè)斷路器的觸頭時(shí)，可以使用斷路器機(jī)械位移傳感器。該傳感器主要是利用旋轉(zhuǎn)光柵測(cè)量原理，對(duì)斷路器裝置的位移角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)識(shí)別到相關(guān)脈沖信號(hào)之后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而幫助斷路器進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作。在監(jiān)測(cè)斷路器裝置控制回路和電源回路電流信號(hào)時(shí)，一般是使用小電流傳感器。這種傳感器用到的是霍爾效應(yīng)的原理，對(duì)穿過傳感器的電流值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，生成相應(yīng)的反映斷路器回路狀態(tài)的電信號(hào)。

3.3 在智能變壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部分，而智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的變壓系統(tǒng)，同樣需要可靠的傳感器提供支持。首先，速動(dòng)油壓繼電器作為一種變壓系統(tǒng)中比較重要的傳感器裝置，其主要是對(duì)油箱內(nèi)壓力變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識(shí)別的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓系統(tǒng)安全性的管控。其次，在變電器設(shè)備過壓保護(hù)裝置的應(yīng)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(yīng)用于油浸式變壓器中，如果變壓器內(nèi)部因油氣化而壓力劇增時(shí)，壓力釋放閥的傳感器感受到壓力快速增長(zhǎng)，隨即自動(dòng)打開閥門，進(jìn)行卸壓操作，當(dāng)壓力釋放到標(biāo)準(zhǔn)壓力值時(shí)，再關(guān)閉。這將很好地保證變壓器的安全，同時(shí)也避免外部雜質(zhì)進(jìn)入油箱。另外，氣體繼電器也是一種變壓系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的保護(hù)裝置，通過傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)異常氣體的監(jiān)測(cè)，再自動(dòng)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的安全保護(hù)。

圖1 SY-YSF8-55/130KJTH(KJB)壓力釋放閥結(jié)構(gòu)圖

4.傳感器在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的技術(shù)研發(fā)趨勢(shì)

從當(dāng)下的電力應(yīng)用環(huán)境的角度來講，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，意味著全社會(huì)的電力需求越來越大，相應(yīng)的用電體驗(yàn)要求也越來越高。顯然，傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)、管理及服務(wù)模式，越來越無法滿足社會(huì)及用戶更高的要求。因此，在積極設(shè)計(jì)開發(fā)先進(jìn)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的同時(shí)，要對(duì)傳感器技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。研究的方向主要包括：其一，提高傳感器運(yùn)行效率和精準(zhǔn)性。傳感器檢測(cè)、收集、處理信息的效率和準(zhǔn)確性，將直覺決定智能電網(wǎng)系統(tǒng)的分析決策，所以需要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。其二，提高傳感器環(huán)境適應(yīng)性。在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器的工作環(huán)境十分復(fù)雜，包括電力生產(chǎn)環(huán)境、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、用戶終端環(huán)境等，這要求傳感器具備良好的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力，能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)系統(tǒng)持續(xù)提供準(zhǔn)確的信息。其三，提升傳感器本身的智能化水平。在更為先進(jìn)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器本身也需要逐步具備一定的智能化特點(diǎn)，即能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，結(jié)合環(huán)境變化特點(diǎn)，對(duì)信息數(shù)據(jù)的收集、處理方式進(jìn)行調(diào)整，并具備自我故障診斷的能力[10]。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展、人們的用電體驗(yàn)要求越來越高的背景下，智能電網(wǎng)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用尤為關(guān)鍵。傳感器作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)電力產(chǎn)業(yè)智能化生產(chǎn)、管理與服務(wù)的關(guān)鍵。通過多樣化的傳感器，可以對(duì)電力系統(tǒng)中各個(gè)部分的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、收集、處理、傳輸，便于控制系統(tǒng)的應(yīng)用?？梢哉f，傳感器對(duì)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)和深化應(yīng)用，有至關(guān)重要的意義。所以，應(yīng)當(dāng)持續(xù)加強(qiáng)對(duì)傳感器技術(shù)的深入研究，進(jìn)而提高智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用水平，為社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展以及人們的便捷、安全用電體驗(yàn)，奠定可靠的基礎(chǔ)。