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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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
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]。
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)。