在新型电力系统建设中,高比例大规模的风电、光伏等可再生能源以及电力电子设备的广泛接入,对电力系统的运行安全提出巨大挑战。为解决系统中海量新能源的可靠接入与消纳问题,需要通过应用新一代数字技术,对电力系统全环节进行数字化改造,加快建设数字电网,实现电力系统的“可观、可测、可控”是关键。
数据是确保电力系统“可观、可测、可控”的要素,也是电力系统调度中枢开展指挥控制的关键基础。通过在电力系统中加装海量传感器,可以精准掌控系统各环节的物理架构,进而掌握系统电力设备及配套装备的运行方式、实时状态、运行效率和健康状态。基于这些数据,再运用强大的算力,在电力系统运行边界内,可以实现新能源接入和消纳的最优化。
高端传感器研发应用势在必行
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现有的电力测量体系还是以互感器为代表的电气量测量装备为主体,以指令计划和程序控制为实现方式。而随着新型电力系统不断演进发展,监控数据从电气量向环境量、物理量、动作量、状态量等多维度拓展,庞大的数据流对测控装置的边缘处理、实时通信、安全传输等能力等提出了巨大挑战。同时,新型电力系统还要求对系统全环节进行高密度、高精度、高频度的数据采集,这就要求测量装置具备微型化、高精度、宽量程、低功耗、非侵入、即插即用、易部署等特点,这些都是互感器所不具备的,开展微型化智能传感器研发与应用势在必行。
近年来,随着新型敏感材料和微机电(MEMS)工艺快速发展,涌现出了磁阻、压电、光电、磁光等先进传感技术和元器件,其具备微纳体积、高精度、高信噪比、宽频带、超低功耗等优势,为新一代电力微型智能传感器发展提供了新的技术路径。
赛迪研究院、前瞻产业研究院等相关报告统计数据显示,2021年中国传感器市场规模约2850亿元,市场容量巨大。但高端传感器领域的研发、设计、制造加工企业较少,我国从事传感器的研制、生产和应用的企事业单位共2000多家,从事高端传感器产品MEMS工艺研发、制造的企业仅50多家。在MEMS传感器方面,工业控制、消费电子、汽车电子等领域应用十分广泛,早在2019年国内MEMS传感器市场规模就达到了597.8亿元。需求量庞大,市场自主供给能力不足,MEMS领域市场集中度较高,以爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等为主的跨国公司占据60%以上市场份额,国内产品几乎全靠进口,尤其是芯片的进口率达80%。