2.2 能源互联网的感知技术
2.2.1 传感技术
随着智能电网建设的不断升温，智能化设备尤其是低压智能配电设备需求不断加大，呈现智能化、信息化、自动化、融合化的发展趋势。当前大部分设备在工作时都离不开电源，受电源和区域限制，导致设备工作可靠性差，因此开发微功耗的传感器和无源传感器是必然的发展方向。
新型智能传感器融合采集、通信、控制功能，由传统的模拟量向数值化转变，从而实现配电网的在线监控、自我诊断、状态预警等智能化应用。通过集成高速处理芯片，实现多样化传感技术，利用智能传感器的高速处理能力，实现智能决策技术，如线损定位、故障分析、预测分析等功能。能源互联网应用需要双向交互、多业务融合，实现多种业务场景（如功率优化、负荷控制功率等），采用更有效的方式调整，提高其经济性和实用性。利用智能传感技术，可以实现智能感知和高效互动，从而提升运维管理效率，提高配电运行可靠性。
以下介绍几种主要的传感技术。
1.微机电系统传感器
微机电系统（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）传感器是采用微机械加工技术制造的传感器，目前已研制出加速度计、压力传感器等产品。
（1）加速度计是用来测量物体加速度的仪器。MEMS加速度计通常指微型加速度计，与传统加速度计相比，其体积较小，质量更小。根据测量原理，可将其分为压阻式微加速度计、电容式微加速度计等。
（2）MEMS压力传感器根据敏感机理的不同，可分为压阻式、电容式和谐振式MEMS压力传感器等；根据形状的不同，可分为圆形、方形、矩形MEMS压力传感器等。MEMS压力传感器可用于多个工业控制领域。
2.温度传感器
温度传感器品种繁多，按测量方式通常可分为接触式和非接触式温度传感器两类，按照材料及电子元件的特性可分为热电阻和热电偶两类。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化这一特性来进行温度测量的。目前制造温度传感器热电阻使用较多的材料是铂、铜、镍、锰和铑等。热电偶测温是指将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路，当导体之间存在温差时，产生电动势，形成热电效应，完成温度传感的工作。
3.局部放电传感
根据全国电力系统高压开关设备事故统计，绝缘事故主要是由绝缘部分的闪络造成的。由于在事故潜伏期可能产生放电，通常可通过对放电的监测得到相关信息。如图2-1所示，特高频局部放电检测系统通过接收内部局部放电产生的特高频电磁波，实现局放的检测和模式识别，并对设备状况进行实时动态监测，具有极强的抗干扰能力和较高的灵敏度。GIS局部放电在线监测技术应用前景广阔，但目前在传感器可靠性、抗干扰能力等方面有待进一步提高。
图2-1 GIS/开关柜特高频局放在线监测系统结构
4.油色谱监测
油色谱分析是通过对油中典型故障特征气体（如氢气、乙炔、总烃、碳氧气体）的含量、增长率或相对比值进行分析，来诊断变压器是否存在过热、局部放电、绝缘老化等典型绝缘缺陷的方法。现阶段国内外产品化的变压器油中溶解多组分气体在线监测方法主要有气相色谱法和光声光谱法两类。气相色谱法是使用气体分离的分析方法，如图2-2所示为气相色谱在线监测系统。气相色谱在线监测响应速度较慢，最快2小时1次，且需载气耗材。该方法运用于变压器油中气体在线监测产品时，需要先解决好自动油中脱气、在线气体分离和检测等问题。光声光谱法通过检测气体分子吸收电磁辐射后产生的压力波来检测气体浓度，特点是不需要载气及气体分离，检测频率可设置1小时1次。该方法测量的是样品吸收光能的大小，如反射光、散射光等，对测量干扰很小，光声室容积较小，有利于提高油气分离效率。
图2-2 气相色谱在线监测系统
5.电力变压器变形监测
电力变压器是电力系统中的重要设备，变压器绕组是发生故障较多的部件之一。电力变压器绕组变形是指绕组尺寸和形状发生变化，如轴向和径向尺寸的变化、器身位移、绕组扭曲等[3～5]。通常离线检测实时采集模型变压器原、次边的电压和电流信号后，针对电压和电流传感器采集信号的特点，应用小波变换等去噪算法除去噪声，再利用离散傅里叶变换的高精度相位识别法辨识各正弦量间相位差，得到负载情况下变压器绕组等效电路的短路阻抗。
6.配电网感知设备
配电物联网架构中的感知主体是构建配电物联网时获取数据的基础，包括智能配电终端、环境监测感知设备、电气量量测保护控制设备，还包括分布式能源、智能电表、电动汽车充电设备、能效监测终端、智能路灯等各类用电基础设施。配电网感知设备可分为边缘节点和感知节点，边缘节点是配电物联网端层中数据汇聚的核心联络点，其核心功能包括数据汇聚、边缘计算、应用集成；感知节点是配电物联网底层的基础数据感知源，其核心功能是智能监测、全面感知、控制保护。随着计算能力和存储能力的增强，未来的配电物联网将向智能化、多元感知、设备融合的方向发展。
随着感知设备的日益增多和业务功能的日益丰富，通过全面完善的软硬件接口、协议标准化体系，可实现设备间、设备与系统间的互操作和即插即用。配电网感知设备网络结构如图2-3所示。
图2-3 配电网感知设备网络结构
2.2.2 电力系统运行与监测
随着电力物联网技术、信息技术的加快发展，当前的电力系统运行与监测主要依靠远程监控系统。其由调度中心、电站监控中心、通信平台、电站远程测控终端、计量测量（智能电量仪，如三相电压互感器、三相电流互感器、交流接触器、主动红外入侵探测器、温湿度传感器等）等设备组成，系统架构如图2-4所示。
图2-4 电力远程监控系统架构
智能配电监控系统是基于目前流行的物联网技术所推出的满足用户供电要求的监控系统[6～9]，它不仅可以监控供电质量，还可以配合其他系统完成多种工作。例如，对配电室进行远程智能监控，实现五遥功能；对电力开关进行远程分合闸操作和进行电量管理等重要工作；对各回路设置报警功能，实现事故实时预警和历史故障报警查询；对高低压配电柜主回路的温度、电流、电压、功率因数和电量等参数进行实时监测。
1.五遥功能
五遥功能是指在常规的遥信、遥控、遥测、遥调四个功能之外，增加了“遥设”功能。
（1）遥信：对开关运行状态、保护工作等进行实时监视。
（2）遥控：对选择的开关等进行远程控制。
（3）遥测：对系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、超限报警、频率等进行采集、分析、处理、记录等，可自动生成报表。
（4）遥调：对有载变压器进行调压（升/降），从而对部分电力设备进行远程调整。
（5）遥设：对继电保护装置的定值、控制字进行设定，从而对各种设备、仪表进行远程设置。
2.高低压配电柜电量监测及开关监控
配电柜监控系统主要对机房配电柜进线电量、配电屏及主要开关状态进行监测。通过在配电柜上的输入处安装电量检测仪，监测市电输入的电压（三相）、电流（三相）、频率和功率等；用电源转换模块连接需要监控的开关的输出，经过off触点或D&H转换模块的输出转换，实时监测重要开关的供电情况。
监控软件实时显示并保存各配电柜总进线的各监测参数数值，实时显示各监测开关的工作状态，设定电压、电流的限值，监控各相电压、电流、频率、功率因素及功率、过载、过压等实时信息，当超过允许值或开关异常跳闸时，发出报警信息。
监控内容包括：①各种配电柜，如市电配电柜、UPS配电柜、切换柜等；②各种配电屏，如直流屏、交流屏、整流器等；③重要配电开关供电情况。
3.高低压变压器监测
变压器的监测内容主要有：①油浸式变压器一般监测油温、油位、瓦斯（开关量：轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸）情况等；②干式变压器一般监测温度（温度模拟量，开关量：高温报警、超温跳闸）情况等；③箱变干式变压器，则监测风机工作情况、三相电流（如有电流互感器）、柜门关闭、高压侧失压情况等。
4.电缆无线测温
电缆温度监测系统由温度监测器、上位计算机、温度采集电缆三部分组成。系统通过对电缆接头或电缆本身的连续温度测量，监测电缆运行情况。电缆温度监测还可接入各种环境探测器，如离子烟雾传感器、微波红外传感器、浸水探测器等。电缆温度监测及时发出预警信号，从根本上避免了电缆事故的发生。电缆的接头处多为现场制作，如果制作、安装不到位，一旦运行，容易因发生电接触问题而超温。通过连续测量电缆和电缆接头温度的变化情况，可及早确定电缆过热情况，及时避免电缆火灾隐患。
5.设备温度状态监测
需要进行温度在线监测的电力设备及其部位主要有中压开关设备、干式变压器中压绕组、柱上变压器（公用变压器）低压出线端、箱式变电站。
目前，箱式变电站安装越来越多，箱式变电站将相关设备组合在全封闭的箱体内，因为封闭甚至多重封闭，所以会影响设备散热。又由于设备降容幅度难以合理确定，这些都可能导致内部设备超温。目前，箱式变电站一般仅对变压器油温进行监测，并随其温度变化自动开通或关闭通风机，对变压器出线端、低压开关和高压开关进出线端的温度也应进行在线监测。