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编者按:电力传感技术是实现电网状态全面感知的基础。随着电网建设的不断推进，电网对信息感知的深度、广度和密度提出了更高的要求，对传感器的需求呈爆发式增长。目前，电力传感正朝着高精度、高可靠性、低功耗、低成本、网络化、智能化方向发展，相关技术瓶颈亟待突破。因此，《中国电力》编辑部特别邀请了上海交通大学信息技术与电气工程研究院副院长姜秀臣教授、国家电网智能电网研究院有限公司电力传感技术研究所所长郭京红教授作为特邀编辑，主持“电力传感技术与应用”专栏。现为读者整理专栏！

01

电力设备检测和诊断用压电材料和器件

(https://mp.weixin.qq.com/s/5rrxOP-OCuIVTIrSheWedw)

作者:柴斌，刘飞，姜平凯，姜秀臣，黄兴义

单位:上海交通大学电气绝缘与热老化上海重点实验室；上海交通大学国家能源智能电网(上海)研发中心

随着我国智能电网建设的不断推进和电网规模的扩大，以压电材料为核心的传感器和能量采集器在电力系统在线监测、故障排除和无线传感器网络中发挥着越来越重要的作用。从功率检测和传感器自能出发，综述了近年来基于压电效应的电压和电场传感器、声学检测和环境能量采集装置的研究进展，介绍了压电陶瓷、压电驻极体和压电复合材料等传统和新兴的压电材料。基于现有研究，指出各类压电器件在智能电力系统建设中面临的挑战包括频率匹配、环境适应性和集成性等。，需要新的微纳加工技术，探索压电效应与其他物理效应的耦合，设计新的压电材料和能量收集电路，助力新型压电器件的实际应用。

02

基于多源感知的开关柜绝缘缺陷检测技术

(https://mp.weixin.qq.com/s/_qi0-l1K0cd9MU30f_z4jw)

作者:曹沛，，何建明，，田浩洋，季，

单位:国家电网上海电力公司电力科学研究院；同济大学电子与信息工程学院

绝缘故障在电气设备故障中占很大比例。在潜在阶段检测和消除缺陷是预防故障的重要策略。绝缘缺陷通常伴随着温升或局部放电，因此可以作为判断设备绝缘状态的重要依据。红外光电传感器可以检测设备的温度，紫外光电传感器可以检测设备局部放电产生的紫外脉冲信号。以开关柜内电缆终端缺陷为例，构建了红外和紫外光电传感同步采集装置。基于自适应模糊神经网络，探索了一种结合温升和局部放电的智能检测方法。实验结果表明，与单一传感器下的信息检测相比，基于多源感知的诊断算法显著提高了设备缺陷诊断的准确率。该检测技术为开关设备绝缘缺陷的识别和诊断提供了新的研究思路。

03

压电能源高效同步电容开关能量采集芯片设计

(https://mp.weixin.qq.com/s/201uYBpaSXRwVl33NCNZZQ)

作者:范世全，陈云祥，谢颖，袁晨曦

单位:Xi交通大学微电子学院

摘要:针对压电能源，提出了一种高效的改进型单脉冲序列可配置的压电能源极性判断能量采集接口电路芯片。该芯片利用同步电容开关接口电路，实现压电能源内部电流源过零时的电荷共享，将压电能源内部电容上的电荷转移到外部电容上，然后通过开关控制实现外部电容上的电荷反转，最后将反转的电荷输送回压电能源内部电容。该方法避免了内部电流源过零后，压电能源内部电容存储的电荷被中和而造成的能量损失，实现了较高的能量捕获效率。通过使用0.18微米标准CMOS工艺完成电路和版图设计，芯片版图的有效面积仅为0.06 mm2。仿真结果表明，当压电能源的开路电压为2.8 V时，电压转换效率最高可达81.8%。与具有全桥整流器结构的标准压电接口电路相比，所提出的结构在能量捕获能力方面实现了最大8.1倍的提高。

04

宽带磁场能量收集匹配网络的设计

(https://mp.weixin.qq.com/s/WMcLQOO8v2bBEZoswoYdUQ)

作者:聂，，，，

单位:华中科技大学电气电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室。

摘要:磁场聚能技术是分布式传感器在电磁环境下实现自供能的有效手段。与工频磁场、射频磁场等单频磁场环境不同，功率变换器中的磁场分布具有宽频率范围的特点。为了提高能量收集模块的功率密度，在有限的体积内收集尽可能多的能量，提出了一种两级谐振带通滤波网络。同时，基于同一集能线圈，充分比较了单级谐振网络和两级谐振带通网络在不同电流和负载特性下的输出特性，总结了两级谐振带通网络的适用范围。

05

新型电缆多参数带电检测装置的设计与应用

(https://mp.weixin.qq.com/s/sCuF1a1dhLiqlVuCR5rTIw)

作者:张诚，王卫东，杨彦彬，赵阳，周毅，张景成

单位:国家电网北京电力公司电缆分公司

针对操作复杂、测试难度大、测试设备种类多、测试人员技术水平高等问题，设计了一种新型多参数带电电缆检测装置，通过配置不同类型的传感装置，可检测电缆局部放电、红外测温、接地电流和负载电流。不同的传感装置模块化，便于现场检测；同时，该装置具有无线通信传输、人机交互、数据存储等功能。与平台互联后，可实现平台检测任务、检测数据传输、数据分析、异常诊断的应用，从而降低对检测人员技术水平的要求，满足物联网模式下智能电缆检测的要求。通过现场应用，该装置可有效提高电力电缆带电检测的效率和应用水平，节省约2/3的现场工作人员，具有广泛的实用和推广价值。

06

基于非线性声弹性效应的输电铁塔螺栓预紧力预测的数值分析

(https://mp.weixin.qq.com/s/MIamU2cE5ZLOKMfxE8mQ)

作者:张，兰光宇，，张，，向阳，

单位:河南九宇恩派电力科技有限公司；国家电网河南省电力公司；国家电网河南省电力公司电力科学研究院；西北工业大学航空空学院

基于发展输电塔螺栓结构健康监测技术的实际需要，利用非线性声弹性效应建立了输电塔螺栓的有限元模型，开发了基于多物理场耦合的数值迭代算法。首先，考虑输电铁塔螺栓的几何构型特点，建立预紧力作用下螺栓结构的轴对称二维有限元模型，考虑预紧力作用下超声波纵波的非线性声弹性效应，采用考虑三阶声弹性效应的Murnaghan超弹性材料实现螺栓结构应力应变场和声场的耦合求解和分析，并进行了实验验证。计算结果表明，预紧力和夹紧长度对螺栓结构中的应力场分布有显著影响，预紧力和螺栓变形引起的波速变化对超声波纵波时差有双重影响。所建立的模型和分析方法为基于非线性声弹性效应的螺栓预紧力测量技术提供了数值模拟分析平台，可为相关实验研究和仪器开发提供技术指导。

07

激光光伏转换器金属栅结构的数值模拟优化

(https://mp.weixin.qq.com/s/4_nemRWlY9V4F1jig_cfCQ)

作者:魏建国，刘伟林，邓辉，黄辉，张佳

单位:全球能源互联网欧洲研究所；国家电网智能电网研究院有限公司；国家电网山西省电力公司经济技术研究所

摘要:光纤激光供电技术是实现高压电气设备监测传感器节点能量供应的重要手段。激光光伏转换器前端接触金属栅结构的优化设计对于光纤激光电源技术的改进和应用至关重要。提出了一种小型激光光伏转换器金属栅结构优化设计的数值模拟方法。仿真模型基于开源的Solcore Python库，可以分三步创建光伏转换器的混合准三维模型。基于GaAs单结光伏转换器的不同层结构，模拟了不同光照模式下，基极层厚度和金属栅结构对光电转换效率的影响。结果表明，该模型可用于优化金属网格结构的设计，获得不同层结构配置和光照模式下模拟模块的最佳光电转换效率。仿真模型和优化结果可用于指导激光光伏转换器的开发。

08

基于相位空重构和改进GSA-SVM的高压断路器机械故障诊断

(https://mp.weixin.qq.com/s/flXSdAGDmCr7LWeNNBDABg)

作者:夏晓飞，卢玉凤，苏毅，杨健

单位:广西电网有限责任公司电力科学研究院

摘要:断路器机械部件传动和冲击产生的振动信号具有混沌特性，用常规信号处理方法很难分析其特征。首先利用互信息方法和Cao算法将振动信号重构到高维空，然后计算排列熵作为特征向量，输入到支持向量机中诊断断路器机械故障类型。最后，利用粒子群优化算法和引力搜索算法的混合算法优化支持向量机的参数，并利用实测的断路器振动信号进行验证。结果表明，相位空重构和排列熵相结合能够准确提取断路器振动信号的特征，基于PSO-GSA的改进支持向量机能够快速有效地判别断路器的故障类型，解决了现有诊断方法中存在的路径失真、能量泄漏和模式混叠等问题。

引用信息

柴斌，刘飞，蒋平凯，等.电力设备检测与诊断用压电材料及器件[J].中国电力，2021，54(10): 105-116。

柴斌，刘飞，蒋平凯，等.电力设备监测与诊断用压电材料及装置[J].电力，2021，54(10): 105-116。

曹沛，徐鹏，何建明，等.基于多源传感的开关设备绝缘缺陷检测技术[J].中国电力，2021，54(10): 117-124，137。

曹佩，徐鹏，何建明，等.一种基于多源传感的开关柜绝缘缺陷智能检测方法[J].电力，2021，54(10): 117-124，137。

范世全，陈云祥，谢颖，等.压电能源用高效同步电容开关能量采集芯片的设计[J].中国电力，2021，54(10): 125-133。

范世全，陈云祥，谢颖，等.用于压电能量采集的电容集成电路同步开关采集[J].电力，2021，54(10): 125-133。

聂，，，等.宽带磁场能量收集匹配网络的设计[J].中国电力，2021，54(10): 134-143，199。

聂，，，等.宽频带磁场能量收集匹配网络的设计[J].电力，2021，54(10): 134-143，199。

张成，王卫东，杨彦彬，等.一种新型多参数电缆带电检测装置的设计与应用[J].中国电力，2021，54(10): 144-151。

张成，王卫东，杨彦彬，等.一种新型电力电缆多参数带电检测装置的设计与应用[J].电力，2021，54(10): 144-151。

张，兰光宇，，等.基于非线性声弹性效应的输电铁塔螺栓预紧力的数值分析[J].中国电力，2021，54(10): 152-160。

张，兰光宇，，等.基于非线性声弹性效应的输电塔螺栓预紧力数值分析[J].电力，2021，54(10): 152-160。

魏建国，刘伟林，邓辉，等.激光光伏转换器金属栅结构的数值模拟优化[J].中国电力，2021，54(10): 161-168。

魏建国，刘伟林，邓辉，等.激光光伏转换器金属栅结构的数值模拟与优化[J].电力，2021，54(10): 161-168。

夏晓飞，卢玉峰，苏毅，等.基于GSA-SVM phase空改造和改进的高压断路器机械故障诊断[J].中国电力，2021，54(10): 169-176。

夏晓飞，卢玉峰，苏毅，等.基于相空间重构和改进GSA-SVM的高压断路器机械故障诊断[J].电力，2021，54(10): 169-176。

专栏特约主编蒋秀臣简介

上海交通大学教授姜秀臣，现任上海交通大学信息技术与电气工程研究院副院长；国家能源智能电网(上海)R&D中心主任；教育部能源与交通司委员，教育部新世纪人才。科技部能源领域专家，智能电网重点专家，国家可再生能源专家咨询委员会委员。中国电机工程学会名誉理事。承担国家自然科学基金、973、863等国家级项目10余项，发表论文100余篇，获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步(发明)一等奖4项，转化科技成果5项。主要研究方向:电力设备故障预警与定位，电力设备领域的人工智能与大数据。

专栏特约主编郭京红简介

郭京红，博士，教授级高级工程师，现任国网智能电网研究院有限公司电力传感技术研究所所长，2000年毕业于东南大学无线电工程系，以访问学者身份访问澳大利亚悉尼大学。国家电网公司专业领军人才，江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科技带头人。全国电力系统管理与信息交换标准化技术委员会(SAC/TC82)委员、电力通信工作组副组长；IEEE光子学会南京分会会员；中国电机工程学会电力通信专业委员会委员、学术工作组副组长、业务支撑网络组副组长；中国光学工程学会光纤传感技术专家工作委员会、中国光纤传感技术与产业创新联盟副理事长。作为项目负责人或主要完成人参与国家/公司科技项目30余项，合著专著4部，获得发明专利21项，发表论文60余篇。研究成果获中国电力科技二等奖1项、三等奖2项，中国光学工程学会创新技术二等奖1项，电力行业信息化优秀成果一等奖1项，国家电网公司科技进步一等奖3项、二等奖1项、三等奖3项。

来源:中国电力微信微信官方账号

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/ZFqXGF_47iMCh4sTci0AgQ