智能電網中能量收集技術及應用綜述
2023年電子技術應用第2期
李德建1，2
1.北京智芯微電子科技有限公司，北京 102200；2.清華大學 集成電路學院，北京 100084
摘要： 電力傳感器需求快速增長，其能源補給需求愈加明顯，傳統的單蓄電池供電方案的弊端愈加明顯。同時，動能、溫差、光伏、電磁等能量收集技術及集成電路技術的發展，給電力傳感器能源供給問題提供新思路。促進智能電網中能量收集技術及電力傳感器耦合能夠提高社會效益，形成多方共贏的局面。首先對智能電網對能量收集技術的迫切需求進行分析；其次，分析能量收集技術及相關集成電路的發展現狀；最后，根據能量收集技術在智能電網中應用的不足，提出適用于智能電網的能量收集技術研究方向。
中圖分類號：TN4
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223134
中文引用格式： 李德建. 智能電網中能量收集技術及應用綜述[J]. 電子技術應用，2023，49(2)：1-8.
英文引用格式： Li Dejian. Review of energy harvesting technologies and applications in smart grid[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(2)：1-8.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223134
中文引用格式： 李德建. 智能電網中能量收集技術及應用綜述[J]. 電子技術應用，2023，49(2)：1-8.
英文引用格式： Li Dejian. Review of energy harvesting technologies and applications in smart grid[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(2)：1-8.
Review of energy harvesting technologies and applications in smart grid
Li Dejian1，2
1.Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co.， Ltd.， Beijing 102200， China； 2.School of Integrated Circuits， Tsinghua University， Beijing 100084， China
Abstract： The demand for power sensors is growing rapidly, and the demand for energy supply is becoming more and more obvious. The disadvantages of the traditional single-battery power supply scheme are becoming more and more obvious. At the same time, with the development of kinetic energy, temperature difference, photovoltaic, electromagnetic and other energy collection technologies and integrated circuit technologies, new ideas are put forward for the energy supply of power sensors. Promoting energy harvesting technology and power sensor coupling in smart grids can improve social benefits and form a win-win situation for all parties. This paper firstly analyzes the urgent demand of smart grid for energy harvesting technology. Secondly, the development status of energy harvesting technology and related integrated circuits is analyzed. Finally, according to the shortcomings of energy harvesting technology in smart grid, the research direction of energy harvesting technology suitable for smart grid is proposed.
Key words : energy harvesting technology；smart grid；integrated circuit；power sensor
0 引言
在過去的十多年里，計算、存儲和通信等技術領域得到飛速發展，但是電池技術進步的速度要慢得多[1-2]。具體而言，無線通信和集成電路領域的豐碩成果，使得傳感器節點在尺寸上越來越小。傳統電池在體積和能量密度上的劣勢越來越明顯。此外，電池可用壽命一般為3~5年時間，同時還會發生漏液等安全問題。因此，無源無線網絡的能源供給需求迫切。目前，國際上對能量收集技術的研究已經持續多年[3-4]，國內也開展了許多能量收集相關技術研究[5-7]。
以智能電網為例，為實現信息的快速、廣泛、準確采集，需要研究低成本、低冗余、高可靠、可擴展、可定制的新型海量信息采集技術體系架構與高效傳輸處理核心技術[8]。電力傳感器作為新型海量信息采集技術體系的“神經末梢”，是感知電網運行狀態的基礎單元。其長時間穩定運行，需要持續可靠的電源保障。通過能量收集技術，將電力應用場景中的振動、溫差、光伏、電磁等能量收集、累積下來提供給電力傳感器，是有效解決電力應用中傳感器供電問題的重要途徑之一。
隨著智能電網中電力傳感器的廣泛應用，對能量收集技術的需求也愈顯迫切，有必要對兩者間的耦合進行更加深入的研究。本文首先對智能電網對能量收集技術的迫切需求進行分析；其次，分析能量收集技術及相關集成電路的發展現狀；最后，根據能量收集技術在智能電網中應用的不足，提出適用于智能電網的能量收集技術研究方向。
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作者信息：
李德建1，2
（1.北京智芯微電子科技有限公司，北京 102200；2.清華大學 集成電路學院，北京 100084）
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