基于压电材料的变压器振动能量收集装置研究

变压器振动信号在线监测是检测变压器运行状态的重要手段,振动传感器的供能方式制约了振动检测方法的应用。为了实现振动传感器取能,文中设计了一种基于压电材料的变压器振动能量收集装置,利用收集的振动能量为振动传感器供电。首先,根据变压器振动特性,采用多模态取能方式,建立三悬臂式压电取能结构的输出电压与输出功率模型。其次,通过Comsol Multiphysics仿真分析能量收集装置输出功率和外加激励频率的关系。最后,搭建变压器振动能量收集实验平台,测得压电式能量收集装置的实际输出功率为11.547 μW。利用振动能量收集装置为振动传感器供电,可以保障在线监测设备的供电,减少外接电源对设备安全稳定运行的影响。     

面向电力物联网的宽风速摩擦纳米发电机自驱动系统

随着电力物联网的高速发展，庞大数量的分布式传感器的供电问题成为了亟待解决的技术难题。摩擦纳米发电机作为一种高效且低成本的新型供能技术，在自驱动传感领域具有极大的应用前景。文中提出并研制了一种面向电力物联网应用环境下的宽风速摩擦纳米发电机自驱动系统，创新地引入了同心双转轴的结构设计，使其在宽风速范围下能够有效收集风能并保证优异的输出性能。实验阶段搭建了基于风力涡轮机的风力测试平台，测试了不同风速下摩擦纳米发电机的基本电气性能和负载特性。最后构建并演示了所设计的摩擦纳米发电机自驱动系统，实现对商用传感器的有效供电。文中提出的宽风速摩擦纳米发电机自驱动系统是一种结构简单、成本低廉且高转换效率的新型能量收集和转换技术，在解决电力物联网传感器供能问题上具有广阔的应用潜力。     

振动能量供电的矿用无线传感器网络研究

针对现有矿用无线传感器网络使用的传统供电方式所带来的不足,根据振动能量收集装置在国内外的发展情况,提出了使用振动能量供电的新型无线传感器网络,研究了采用振动能量收集装置对矿用无线传感器网络所带来的优势和可行性分析,结果表明使用振动能量收集装置的矿用无线传感器网络可以极大地增强无线传感器网络的监测作用。     

微型电磁式振动能量采集器的结构设计与仿真研究

随着大规模集成电路、无线传感网络的发展和对微机电技术研究的逐渐深入,基于微机电系统(MEMS)技术的微型电源具有广阔的应用前景。作为微型电源的一个分支,微型电磁式振动能量采集器可将环境中普遍存在的振动能转换为电能,从而可以长期有效的为传感器件供电。简单介绍了电磁式振动能量采集器的物理模型和工作原理,研究了在正弦激励下采集器的振动特性,分析了采集器结构的固有频率与振动形式,并利用有限元法对结构进行优化,提出了一种复合式振动能量采集器结构并进行了仿真研究,该结构与传统单一永磁体结构相比,输出电压显著提高。     

光纤传感技术及其在智能化电缆隧道的应用

随着光纤传感技术的发展,光纤传感技术在电力领域得到了广泛的研究和应用。文章首先分析了光纤布拉格光栅传感器和分布式光纤传感的响应机理、系统及其在电力领域中的应用,分析了电力应用光纤传感技术的发展方向。然后面向电缆管道智能化发展的需要,结合具体的监测场景和参量,比如温度、应力、振动、管道危害性气体成分分析等,提出了结合波导集成气体探测器和光纤光栅加速度计的电缆隧道多参量状态监测方案,以降低电缆管道智能化监测成本,提高电缆隧道的维护安全和管理水平,促进智能电网的快速发展。     

电力定制化芯片应用场景及关键技术展望

随着数字电网的不断发展,电力定制化芯片(power-specific integrated circuit,PSIC)作为支撑电力数字化的基础性器件,得到了电力领域的广泛关注。该文首先从数字电网的需求和电力行业芯片发展现状出发,对电力定制化芯片的概念和研究内容进行探讨;然后,分别从电力定制化芯片架构、芯片软硬件边界、芯片运行保障以及芯片测试等方面,对电力定制化芯片的关键实现技术进行分析;接着,围绕发、储、输、变、配、用等各环节需求特点,对电力定制化芯片的典型应用场景和其所面临的定制化问题进行对应分析。最后,从电力行业发展需求的角度,提出电力定制化芯片所面临的科学问题以及面临挑战。     

压电振动能量收集的拓频方法及阻抗分析

利用能量收集技术来为装置供电,比有线布网供电和电池供电节约成本,同时便于设备的无线部署和长期运营维护。振动能量作为自然界中最常见的机械能之一,收集振动能量可以促进装置微小型化。现有的振动能量收集技术主要利用了装置与环境振动产生共振,因此能量收集的频率带宽仅在共振频率附近的小范围内,这限制了技术的应用场景。文中基于目前的机械和电气等各种拓展振动能量收集技术,分析了电气方法的频率响应特性。此外,相位可变开关电感电路作为电气拓频方法,比同步开关电感电路具有更宽的振动频率响应,使得在环境振动频率远离共振频率时,整体装置保持高水平的能量收集效率和能力。     

智能传感器热电及磁场能量收集方法

针对部分输变电设备智能监测传感器存在的电源不易获取、现有供电方案可靠性差这一问题,提出了利用环境能量收集技术,采集并转换热电、磁场能量,从而实现智能传感器工作能量自给的方法。通过理论计算分别对上述两种能量收集方法进行了可行性分析,通过取能实验研究了其输出特性,并采用Zigbee无线传感器节点进行了带载实验。计算及实验结果表明:在该研究条件下,利用油浸式变压器箱体产生的热量,当其上附着的热电模块冷热端温差达55 K时,热电能量收集能获得475 m W的最大输出功率;利用安装于35 k V母线排表面的取能线圈,当母排电流达到480 A时,可驱动Zigbee节点连续工作,此时,磁场能量收集能获得163 m W的最大输出功率。通过结合上述两种在电网中可行性较高的能量收集方法为传感器提供电源,能满足大部分低功耗智能传感器节点的能耗需求,具有一定的应用前景。     

基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机

随着物联网和人工智能的迅速发展,传感器的供能问题成为限制电力物联网进一步发展的关键因素之一。摩擦纳米发电机作为一种高效、环保、低成本的收集环境能量的新技术,在自供电传感领域具有优势明显的应用潜力。为此介绍了一种基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机,使用石墨烯电极代替传统的金属电极,不但大大简化了摩擦纳米发电机的制备工艺,降低了摩擦纳米发电机的生产成本,同时还拥有优异的输出性能,在80M?的阻抗下的功率可达456.3 mW/m~2。对基于激光诱导石墨烯电极的摩擦纳米发电机进行了基础输出性能测试,探究了激光功率对其输出性能的影响,并可用其监测门、抽屉等可活动物体的开关状态。该研究有利于推动摩擦纳米发电机的大规模应用,为解决电力物联网的传感器供能问题提供了一个新的思路。     

面向电力设备检测与诊断的压电材料及器件

随着中国智能电网建设不断推进及电网规模的扩大,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、故障检修、无线传感器网络等方面扮演着越来越重要的角色。从电力检测和传感器自取能出发,回顾近年来基于压电效应的电压电场传感器、声检测和环境能量采集装置的研究进展并介绍了压电陶瓷、压电驻极体、压电复合材料等传统和新兴的压电材料。在现有研究基础上,指出在智能电力系统建设中各类压电器件所面临的挑战,包括频率匹配、环境适应性和集成化等,需要新的微纳加工技术、探索压电效应与其他物理效应耦合、设计新型压电材料和能量收集电路来助力新型压电器件的实际应用。     

压电式振动能量采集电源管理电路分析

压电式振动能量采集的应用十分广泛,在许多能量采集装置中都采用压电元件实现能量转换。分析了振动能量采集装置中压电元件采集的能量输出管理电路,包括标准能量采集电路、DC-DC变换的优化标准能量采集电路、同步电荷提取电路、电感同步开关采集电路和双同步开关采集电路等五种电源管理电路的原理,比较了它们的能量采集输出效率,指出了各种电源管理电路的特点和适用条件。     

压电式振动能量采集接口电路的研究进展

压电式振动能量采集技术是一种将环境中的振动能量转换为电能并为微电子系统供电的技术。文章介绍了压电式振动能量采集接口电路的研究现状,对标准能量采集电路、同步电荷提取电路、同步开关电感电路、无电感整流等接口电路的工作原理进行了介绍,详细研究了当前国内外研究人员对这些接口电路的改进,对这些改进的接口电路的特点、优势、效率、能耗、实用性等都做了分析。并对压电式振动能量采集接口电路向宽频化、集成化发展方向做了分析。     

宽频带范围下磁场能量收集的匹配网络设计

磁场能量收集技术是电磁环境中分布式传感器实现自供能的有效手段。与工频磁场和射频磁场等单一频率的磁场环境不同,电力变换器中的磁场分布具有宽频率范围特性。为了提高取能模块的功率密度,应尽可能多地在有限体积内收集能量,提出通过采用双级谐振-带通滤波网络。与此同时,基于相同取能线圈,充分对比了不同电流和负载特性下,单级谐振网络和双级谐振-带通网络的输出特性,归纳出双级谐振-带通网络的适用范围。     

智能穿戴设备的能源解决方案

智能穿戴设备的进一步发展受限于电池的有限能量和待机时间。为解决这一能源瓶颈问题,国内外学者围绕着能量存储技术和能量收集技术展开了广泛深入的研究。从这两方面简要综述了现有技术的工作原理及研究进展,并指出了未来仍需解决的主要问题。     

硅基微型静电谐振式直流电场传感器建模与仿真分析

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器因其体积小、功耗低、成本低、易于量产等优势在电力系统具有广泛应用前景。以静电式电极共面水平谐振MEMS直流电场传感器为研究对象,针对其驱动单元、运动过程和感应单元,分别建立基于静电力驱动的传感器动力学模型和基于静电感应的敏感结构电学模型,实现了微型电场传感器的多物理场模型集成。所建立的模型可定量表征传感器的输出特性以及相关结构尺寸对传感器性能的影响。通过仿真计算发现,适当减少齿宽与齿间距、增加感应齿长,可以提高该类型传感器的输出电流,进而提高其测量灵敏度。该文的研究成果可为微型电场传感器的设计和性能优化提供参考。     

分布式能源系统的研究现状与应用前景

在能源结构调整中，分布式能源系统引起了世界能源界的广泛关注，在大电站和电网能基本保证供电的情况下，分布式能源系统与中心电站相结合，对于保障重要用户的电力供应有极好的作用。对分布式能源系统的概念和优势、应用领域及其在我国的发展前景作了比较详细的研究和介绍。     

能源互联网未来发展综述

融合了电力、互联网、信息等学科的能源互联网可依照Internet理念组网。阐述了能源互联网的概念、特点、框架等内容;简要介绍了其关键组成部分,包括分布式可再生能源、储能装置及能源路由器等;总结了国内外能源互联网的发展状况。在此基础上对分布式能源并网影响、高效储能技术、接口标准、信息互联系统建设、电力市场与服务完善等若干未来能源互联网发展中可能遇到的问题进行了说明和分析。