智能电网中能量收集技术及应用综述
2023年电子技术应用第2期
李德建1，2
1.北京智芯微电子科技有限公司，北京 102200；2.清华大学 集成电路学院，北京 100084
摘要： 电力传感器需求快速增长，其能源补给需求愈加明显，传统的单蓄电池供电方案的弊端愈加明显。同时，动能、温差、光伏、电磁等能量收集技术及集成电路技术的发展，给电力传感器能源供给问题提供新思路。促进智能电网中能量收集技术及电力传感器耦合能够提高社会效益，形成多方共赢的局面。首先对智能电网对能量收集技术的迫切需求进行分析；其次，分析能量收集技术及相关集成电路的发展现状；最后，根据能量收集技术在智能电网中应用的不足，提出适用于智能电网的能量收集技术研究方向。
中图分类号：TN4
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223134
中文引用格式： 李德建. 智能电网中能量收集技术及应用综述[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223134
中文引用格式： 李德建. 智能电网中能量收集技术及应用综述[J]. 电子技术应用，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
在过去的十多年里，计算、存储和通信等技术领域得到飞速发展，但是电池技术进步的速度要慢得多[1-2]。具体而言，无线通信和集成电路领域的丰硕成果，使得传感器节点在尺寸上越来越小。传统电池在体积和能量密度上的劣势越来越明显。此外，电池可用寿命一般为3~5年时间，同时还会发生漏液等安全问题。因此，无源无线网络的能源供给需求迫切。目前，国际上对能量收集技术的研究已经持续多年[3-4]，国内也开展了许多能量收集相关技术研究[5-7]。
以智能电网为例，为实现信息的快速、广泛、准确采集，需要研究低成本、低冗余、高可靠、可扩展、可定制的新型海量信息采集技术体系架构与高效传输处理核心技术[8]。电力传感器作为新型海量信息采集技术体系的“神经末梢”，是感知电网运行状态的基础单元。其长时间稳定运行，需要持续可靠的电源保障。通过能量收集技术，将电力应用场景中的振动、温差、光伏、电磁等能量收集、累积下来提供给电力传感器，是有效解决电力应用中传感器供电问题的重要途径之一。
随着智能电网中电力传感器的广泛应用，对能量收集技术的需求也愈显迫切，有必要对两者间的耦合进行更加深入的研究。本文首先对智能电网对能量收集技术的迫切需求进行分析；其次，分析能量收集技术及相关集成电路的发展现状；最后，根据能量收集技术在智能电网中应用的不足，提出适用于智能电网的能量收集技术研究方向。
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作者信息：
李德建1，2
（1.北京智芯微电子科技有限公司，北京 102200；2.清华大学 集成电路学院，北京 100084）
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