配电物联_新一代智能电力物联网关键技术研究课件

,6/7/2021,#,配电物联_新一代智能电力物联网关键技术研究课件,1,目,01,电力物联网的背景,02,新一代智能电力物联网的关键技术,03,关键技术成果与应用,04,未来展望,Contents,录,目01 电力物联网的背景02 新一代智能电力物联网的关键技术,2,电力物联网助力能源互联网、碳中,和,电力物联网是建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的重要支撑，助力实现碳中和目标,。,电力物联网是物联网在智能电网中的应用，是信息通信技术发展 到一定阶段的结果，其将有效整合通信基础设施资源和电力系统基础 设施资源，提高电力系统信息化水平，改善电力系统现有基础设施利 用效率，为电网发、输、变、配、用电等环节提供重要技术支撑,。,建设世界一流的能源互联,网,源网荷,储,碳达峰、碳中,和,智能电网,+,电力物联网，,构 建世界一流能源互联网企业。,通过,电力物联网，全面深度感知,设,备运,行、状态和环境信息，为源,网 荷储赋能，促进清洁能源消纳。,基于物联网监测、分析和,管理碳,排,放，提高能源利用效率，,进一步,加 强节能减排，助力达到碳中和目标。,电力物联网助力能源互联网、碳中和电力物联网是建设具有中国特色,3,电力物联网的基本架,构,电力物联网的基本架构,4,随着物联网技术在信息感知、可靠数据传输、海量数据感知与高效边 缘数据处理等方面的成熟，加速了智能配电的发展。,通过融入物联网的RFID,技术,，,可以对设备进行,自,动识别记录管理，准确率高，消耗资源少，,并可以,与 企业使用的管理系统同步信息。,固 定 资 产 管 理,物联网作为,推动智能电网发展的信息感知和,“,物,物,互联,”,的重要技术手段，在电力设备状态监,测与智,能 巡检方面得到广泛应用。,一二次融合智能开,关,状 态 监 测 与 运 检,配电台区智能融合终,端,智能断路,器,配电故障指示,器,物联网技术在智能配电网中的应,用,随着物联网技术在信息感知、可靠数据传输、海量数据感知与高效边,5,用电信息采集与能效管理,利用,HPLC,、,NB-ol,、,LoRa,、,RF,等多种物联,网,通信手段实现用电信息远程集抄。有利于分析、挖掘数据价值，提升能效管理水平,。,物联网技术在配电,网通信、应急通信以,及,智能电网等方面可以为电网智能化,提供必,要 的技术支持和保障,。,电力通信与安全防护,物联网技术在智能配电网中的应,用,用电信息采集与能效管理利用HPLC、NB-ol、LoRa、,6,（,1,）数据采集装置成本高、可靠性差，物理电网采集点广度和深度不足，难以支撑海量数据获取,需,求,（,2,）数据采集装置功耗大，采集频次低，数据量不能有效反映电网真实状态,变,化,（,3,）由于强电磁干扰，数据采集装置可靠性差，抗电磁耐高压设计与取能成,瓶,颈,（,4,）边缘计算功能欠缺，无法满足就地处理与智能分析业务,需,求,（,5,）数据传输、数据连接广度不,够,（,6,）感知终端未实现标准化安全接入，数据安全性难以得到,保,障,数,据,采,集 问题,通,信 问题,智能电力物联网存在的问,题,当前部署的感知终端多服务于电网自动控制，同时受,业务壁垒,及,网络接入,的限制，远未达到智能电力物联网规 模应用的要求。感知的,广度、深度、密度、频度、精度,等制约着电力物联网海量数据源的可控、可信、可靠获取。,（1）数据采集装置成本高、可靠性差，物理电网采集点广度和深度,7,关键技术,智能电力物联网的关键技,术,低功耗微纳传感 技,术,无源传感自取能 技,术,抗电磁干扰技,术,高性能AD转换,装,置,感知,层,无线自组网技,术,智能网关与边缘 计算技,术,通信,层,关键技术智能电力物联网的关键技术低功耗微纳传感 技术感知层无,8,关键技术,1,：低功耗微纳传感技,术,基于M,E,M,S,（微机电系统）加工技术研发设计微纳传感芯片,。,芯片中试,/,量产平台和封装,技,术（,微,系统,所,）,传感芯片,关键技术1：低功耗微纳传感技术基于MEMS（微机电系统）加工,9,1.1,非接触式电流传感,器,由,8,个磁阻传感器组成，其中内圈为四个双轴磁,阻,磁,传感器，外圈为四个单轴磁阻传感,器，箭头代表传感器,的,轴方向,。,基于磁阻传感芯片设计了非接触式电流传感器，磁阻传感器相比于电流互感器具有线性度好，体积小，成本低的优点，能对小电流进行有效测量,。,阵 列 式 电 流 传 感 模 块,磁阻传感器电流测量原理,：,利用磁阻效应，即将载流体放置于,磁场中，载流体,的,电阻值,R,会随磁感应强度,B,发生变化。磁阻材料制,成的磁,阻,器件使用半桥或全,桥的连接方式，通过检测被测电流产,生 的磁场，可实现对被测电流的线性测量。,1.1非接触式电流传感器由8个磁阻传感器组成，其中内圈为四个,10,1.1,非接触式电流传感,器,阵列式电流传感模块,反向传,感器布置,补 偿干扰磁场误差,偏心定位算法,基于磁阻传感芯片设计了非接触式电流传感器，磁阻传感器相比于电流互感器具有线性度好，体积小，成本低的优点，能对小电流进行有效测量,。,误差补偿,干扰磁场偏心误差,倾斜误差,1.1非接触式电流传感器阵列式电流传感模块反向传感器布置补,11,利用磁阻传感器阵列同步检测,A、,B,、C三相电流,，,考虑到噪声的影响，先对采集到的,信号进行降噪处理，,然,后再将处理后的信号合成为零序电,流信号，便于后续故,障 信息的判断。,零序电流监测方案,配电网中输电线路正常运行时，三相电,流的向量,和,等于零，即I,a,+I,b,+I,c,=0,。当系统发生单相接地故障和三,相,不平衡时都将导致输电线路三相电流相量和不为零，,产 生零序电流，基于零序电流监测实现配网线路故障诊断。,零序电流检测方案对不同接地电阻下零序电流的监测结果,相关产品应用：配网接地故障与三相不平衡监,测,利用磁阻传感器阵列同步检测A、B、C三相电流，考虑到噪声的,12,故障线路零序电,流,故障线路极性与,非,故,障,线路不同,，,通过比,较,每,条馈线和其他馈线,的,故,障特征模式之间的,相,关,性来判断故障。然,后,根,据相关系数的极性,确,定,各馈线故障特征模,式 的极性关系。,因为故障线路幅值远大于非故障线路幅值，通过比较一个,周,期,内各馈线,的特征模态分量（即电流绝对值）之和作为馈线选择,准 则，以提高故障馈线选择的灵敏度。,02,极性判,断,03,故障 判,断,01,选,出,能,量,最,大,的I,M,F,分,量,分解得到的零序电流，比较各,I,MF 能量，选出能量最大的,I,M,F,分量。,故障判断方法,相关产品应用：配网接地故障与三相不平衡监,测,故障线路零序电流故障线路极性与非故 障线路不同，通过比较,13,1.2,无源无线声表面波温度传感,器,当声表面波温度传,感器的周围环,境,（,温度）发生变化时，传感器的谐振,频,率,也随之发生变化，同时传感器的回,波,信,号也随之发生相应的变化，可以通,过,分,析回波信号的频率、幅度等信息来,得 出所监测参数的变化，实现温度测量。,温度传感器参数,测温范围,-25125,测温精度,2,与传统测温方法相比，无源无线声表面波温度传感器具有无源、无线、高,可,靠性、免维护等独特优势，能够有效解决供电高低,压电气设备温度监测不及时或,无,法感知导致安全事故的痛点,。,测温原,理,1.2无源无线声表面波温度传感器当声表面波温度传感器的周围环,14,关键技术2：无源传感自取能技术,-,振动取,能,压电效应：当压电元件在外力作用下发生形变时，会引起材料内部正负电荷中心发,生,相对移动而产生电的极化，从而导致元件两个表面上出现异号束缚电荷，在闭合回,路,中会产生相应的电流,。,压电材料的应变需要采集器结,构,传导相对位移或受力而产生，,采,集器的机械结构常见的有悬臂梁,、,简支梁，矩形梁以及圆形和钹,型,结构,。,机,-,电转换性能好，无需额外电源，易微型化，很容易与,MEMS,技术集成化，能量密,度,和输出电压高。结构紧凑，体积小，环境适应性强；环保不发热，无电磁干扰,。,基于压电材料设计振动取能模块，解决低功耗传感器供电问题，提升传感器寿命,。,关键技术2：无源传感自取能技术-振动取能压电效应：当压电元件,15,MEMS,微能源结构示意图,振动取能模块,选用双晶压电悬臂梁作为振动提取机械结构。一方面，压电悬臂梁结构结构简单，容易制作；易于受 迫振动，有利于降低悬臂梁的自振频率，容易发生共振，从而提高采集能力。另一方面，双晶并列联结的 压电悬臂梁能够提升输出电流，以改善压电收集器输出电流小的不足,。,微纳悬臂梁结,构,振动取能：双晶压电悬臂梁结构,，,利用,M,E,M,S加工,工,艺制造，微能源阵列,输,出电,压,最大,可,达12,V，系统供电,稳,定性较好,。,关键技术2：无源传感自取能技术,-,振动取能模,块,MEMS 微能源结构示意图振动取能模块选用双晶压电悬臂梁作为,16,点 亮 发 光 二 极 管,搭建测试平台，利用振动马达作为振动激励，通过调节马达转速至4500r/m,i,n，产生加速度幅值,为,3g，,振动频率约为,75Hz,的振动源，通过振动取能模块为,0.011F,超级电容器组进行充电,。,利用电源管理芯片所搭建的能量采集电路，将存储在超,级,电容组的电能转化为3.3V的标准直流输出电压，整个充电过程,耗 时约,24.5,分钟,。,成功存储于超级电容器组中的电能可点亮功率为60mW的,发 光二极管，并维持高亮状态约,3,分钟,。,振动能量采集测试实况,图,关键技术2：无源传感自取能技术,-,振动取能模块测,试,点 亮 发 光 二 极 管搭建测试平台，利用振动马达作为振动,17,关键技术3：无线自组网技术,-Mist,mesh,无线自组,网,根据信号强度、稳定性，选择最优的路,径,节点损坏后自组网构建新链,路,Mist,mesh,无线自组网采用,自适应组网,方式，具有,自我修复,功能，,解决了单一节点损坏后，无线网络持,续,尝试链接造成功耗升高的问题，同时又保障了数据的正常传输。近距离组网连接，相比,于,N,B,-,I,O,T,、,4G,等单点,远 距离通讯连接方式,，,功耗更低，更稳定,。,M,is,t,mesh自组网拓扑,图,传感器与基站直接通讯，距离远，信号发射、接收功耗大,。,TDMA,CSMA/CA,传感器端自行组网，距离近，传感器功耗低，数据汇聚 后由网关统一上传,。,关键技术3：无线自组网技术-Mist mesh无线自组网根据,18,Mist,mesh,无线自组网模,块,Mist,mesh,无线自组网模块,高效、稳定、抗干扰能力强以及接收灵敏度高。,低功耗、小体积。,无线自,组,网协,议,，每次通信需要经过多重握手确,认,，稳定性、安全性高。,Mist,mesh,无线自组网模块,Mist mesh无线自组网模块Mist mesh无线自组网,19,相关产品应用：电缆隧道无线监,测,10,M,间距网络拓扑结,构,位置示意图,20,M,间距网络拓扑结构,位置示意,图,位置示意图,多层地下空间组,网,mist,mesh,无线自组网模块由射频芯片,及,外,围,电,路,组,成,，尺寸为,13,.,0,mm*,18,.,0,mm*,2,.,0,mm,。模,块,内置,的,512kB,FLASH,支,持动态堆栈和协议配置,文,件配,置,。模,块,内嵌,有,mist,mesh,无线自组网协议，每次,通,信需,要,经,过,多,重握,手,确认,，,保证了数据的稳定。,立体组网拓扑结构,mist,mesh,无线自组网模块,相关产品应用：电缆隧道无线监测10M间距网络拓扑结构位置示意,20,上海500kV世博电缆隧道无线传感试点,解决办,法,低功耗,Mist,Mesh,自组网,通 信 模 组,智 能 网 关,1,、研发,Mist,Mesh,芯片及模组,2,、可插拔，兼容各类,主,流网络,3,、可兼容改造几乎所,有,无线,传,感,1,、,wifi,成本高且wifi传感器,功,耗大,2,、