研究背景
数字电网以新一代数字技术为核心驱动力，通过数字技术与能源企业业务管理深度融合，不断提高数字化、网络化、智能化水平，形成新型能源生态系统，承载并推进新型电力系统发展。南方电网明确提出“以数字电网推动构建新型电力系统”的发展方向，助力我国能源领域高质量发展。物理电网数字化需要发输变配用各环节广泛部署传感器，实现数字电网的全观、全测、全控，传感器是数据生产者，产生的大量数据使得人工智能在电网的应用有了数据基础，使得电网的运行从基于物理规律向基于数据关系转变。
技术研究进展
技术研究框架包括MEMS传感芯片、非侵入式测量、高效取能、可靠通信、装置研发等方面。
敏感元件
- 磁场传感芯片（TMR）：提出灵敏度量程积（有效灵敏系数）衡量TMR性能，研发高性能MTJ结，增加磁通聚集器可实现灵敏度数百mV/V/Oe，增加屏蔽和旁路，能实现数干Oe。目前技术水平已经能够满足电力系统大部分测量需求，线性度从1%提升至0.2%，线性范围从2000e提升至10000e。
- 电场传感芯片：研制了电场传感芯片，实现量程覆盖100kV/m、精度1%、频域DC-1kHz电场测量。
- 气敏芯片：研制MEMS钯金合金气敏芯片，大幅提升传感器灵敏度和可靠性；研发16阵列集成的MEMS金属氧化物半导体气敏传感芯片，气体检出限低至ppm级。
测量方法
- 非侵入式电流测量技术：提出基于磁电阻芯片阵列的电流精确测量方法，要且仅要三个单轴TMR芯片即可求解空间任意位置长直导线电流；提出基于磁电阻芯片阵列的电流测量抗干扰方法，设置≥4个的TMR，每三个TMR芯片即可求解次导线位置和电流，根据多个组合计算结果之间的差异分离出干扰量，最终达到抗干扰的效果。
- 非侵入式电压测量技术：提出异频信号注入+分布电容分压的非侵入式电压测量方法；提出同频信号注入+分布电容分压的非侵入式电压测量方法，构造出三种不同的工况。
高效取能
- CT取能方法：发明μW～mW级宽范围自适应能量收集调理方法，基于常闭光耦大电流开路的取能泄放方法，大电流不发热。测试条件：一次电流2400A，1小时；测试结果：导线192℃，传感器51℃。
可靠通信
- 高可靠无线近场通信：提出光电协同超高可靠、低时延、低功耗无线通信技术，近距离（≤30m），4k采样率约1314年丢包数据，时延小于等于500us，功耗500mW。
- 低功耗近距离无线通信对时：研究基于2.4G无线射频模块的微功率高精度对时技术，提出基于硬件互联技术的时钟调整技术，实现稳定可靠的百纳秒级、百微瓦级对时。
智能传感系列产品
- 配电典型产品-微型电气量集成传感器：集成TMR作为核心电流测量单元，研发出非侵入自取能电气量集成传感器，可满足中低压线路的电流、电压、频率、谐波等测量需求，适用于智能变电站智能配电房及户外低压线路等应用场景的电气量综合监测。
- 变电典型产品-全电压等级保护用电流传感器：研发全球首套保护用全电压等级电流传感器，面向测量及保护应用替代传统CT。
- 输电典型产品-输电线路多物理量集成传感器：集成了导线温度/电流/弧垂/舞动、环境温度/湿度/气压/海拔、通道图像/视频等物理量，实现了输电线路全景实时监测与异常智能识别告警。
产品可靠性提升
- 引入FMECA质量管控，ESS筛选试验，国军标管理体系等一系列可靠性管理方法，从设计源头、供应链管理、制造工艺、试验检验到售后服务等各个环节入手，提高产品的可靠性水平。
产品产业化
- 打造“南网极”系列电力智能传感器产品谱系，涵盖输电变电、配电用电业务领域，形成了南网极自系列智能传感器产品体系。
应用
- 配电领域规模化海量部署：配电系列产品在全国各地规模化应用数万套，覆盖了智能配电、新能源和轨道交通等应用场景，实现了中低压设备运行状态及运行环境的透明化，有力支撑了物理电网的数字化。
- 输电领域规模化推广应用：多物理量集成传感器在500kV输电线路上安装数百套，通过输电线路在线监测系统可实时查看装置在线状态，告警信息，导线电流、温度、环境温湿度、气压、通道图像/视频等，发现了施工外破作业、山火等异常百余起，及时通知运维部门排查和处置，实现了输电线路数字化全景监测。
行业影响
- 在南网国际技术论坛、博鳌新型电力系统国际论坛发布，获得央视新闻直播等报道，央媒人民日报、光明日报、中国能源报、中国电力报、腾讯、新浪等平台积极宣传应用成效。
- 电力微型智能传感器标准化工作全面开展。
趋势展望
构建以新能源为主体的新型电力系统必要加快数字电网建设，数字电网作为新型电力系统的关键基础设施，将广泛应用海量部署微型智能传感器，实现电力系统全用感知、智能决策、大范围优化控制，从而全面提升电力系统信息采集应用能力，突破能量与信息、业务与环境、技术与管理之间的壁垒，助力我国能源领域高质量发展。
