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智能传感:数字电网的“大脑”和“触手”

2021-04-05 20:26:24


“目前我国的电力数字化相关产业仍处于发展初期,关键核心技术亟须突破,尤其是智能电力芯片、智能传感器等领域,作为数字电网的‘大脑’和‘触手’尚不完善,迫切需要加快相关技术和产品的研发。


日前,南方电网数字电网研究院有限公司联合广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院等机构,携手共建智能传感器创新链,重点聚焦数字电网、环境监测、智能制造、车联网等领域。

智能传感器相当于工厂和机器的感官器官,是工业4.0场景的基石。据中国信通院数据显示,近5年来,中国传感器市场规模均保持两位数的增长率。面对产业化、规模化、特色化发展目标,我国智能传感研究有哪些科研基础和核心优势?如何助力实现支撑电网数字化转型,实现降本增效及高质量供电?针对业界关心的热点话题,记者采访了相关专家。

从“融合极简”到“形态极简”

在数字中国建设的引领下,我国在智能传感领域有了长足进步,传感器产业已初步形成了长三角、珠三角、环渤海以及中西部地区4大区域集聚发展的产业空间格局。南方电网数字电网研究院有限公司智能传感与芯片技术负责人李鹏在接受本报记者采访时表示:“目前我国智能传感领域在新材料、磁阻芯片、微型传感器集成技术、低功耗MEMS技术等方面,已具备重要的研究基础和核心优势,尤其是在电力行业,部分产品整体技术已达国际领先水平。”

据了解,电力传感器可以让电网拥有触觉、听觉、视觉、当前,我国电网数字化、网络化、智能化转型加速推进,既离不开电力传感器技术创新的支撑,同时也将给电力传感器发展带来巨大机遇。

“目前我国的电力数字化相关产业仍处于发展初期,关键核心技术亟须突破,尤其是智能电力芯片、智能传感器等领域,作为数字电网的‘大脑’和‘触手’尚不完善,迫切需要加快相关技术和产品的研发。”李鹏坦言,在产品应用方面,我国传感器产品以低端产品或应用集成为主,传感器的质量、价格、功能有待提高。未来,数字能源将走向融合极简,包括架构融合、形态极简、工程产品化,让设备由多变少,由大变小,逐步小型化、轻量化、高精度化。

从技术“卡脖子”到产权“护城河”

目前,我国智能传感行业还面临哪些技术难题?李鹏分析认为,一是亟待突破传感材料技术和工艺技术;二是针对数字传感快速响应的特征,推动形成数字传感、智能分析、精准控制的一体化体系,解决智能传感器技术和应用的碎片化问题;三是推动形成多领域融合的传感生态。

以电力行业为例,智能化、多学科、多领域融合将成为电力传感行业的发展趋势,物理设备与信息感知终端将深度耦合,多行业多领域技术将互融交汇,会更加注重多领域融合下的智能传感关键性、基础性、前瞻性技术研发。

“只有电力智能传感关键性、基础性、前瞻性技术研发同时并举,推动技术理论成果落地应用,形成从芯片、算法到硬件、软件的传感器全生态链掌控能力,才能形成独有知识产权‘护城河’。”李鹏表示,“既要增强自主研发能力,同时也要加快建设电力智能传感高水平科技创新平台,夯实技术研发与产品产业的内生纽带和协同机制,形成健康完善、富有活力的电力传感生态体系。”

从“进口通用”转向“自主专用”

随着能源互联网建设和电网数字化转型的推进,电网对信息感知的深度、广度和密度提出了更高要求,电力智能传感器的规模化应用,有助于提升电网运行管理水平,构建灵活、稳定和安全的能源网络。

李鹏认为,电力智能传感器可实现电网状态量的实时测量反馈与动态调整,完成信息的智能感知和故障的智能自愈,为降本增效及高质量供电等控制决策提供终端支持和信息支撑,实现电网的深度感知,保障智能电网在复杂网络和环境下的安全可靠高效运行。

实际上,电网的数字化转型除了需要智能传感器这个“触手”外,更需要电力主控芯片这个“大脑”对电网进行控制。主控芯片作为电网二次装备核心器件,涉及千万量级的电网关键装置,长期为国外生产厂商垄断,严重制约我国电网核心技术的发展。

针对此“卡脖子”问题,南方电网公司依托国家重点研发计划,基于国产自主CPU内核和境内代工封测技术,研发了国内首个基于国产指令架构、国产内核的电力专用主控芯片“伏羲”,先后在电网控制保护、自动化、新能源等多个电网关键场景完成验证及应用。

在业内看来,“伏羲”芯片的成功研发及量产,有望摆脱西方国家在知识产权方面的限制,标志着我国电力工控领域核心芯片从“进口通用”向“自主专用”转变。