我國運行管理著世界上最大的電網，“雙碳”目標正在推動以新能源為主體的新型電力系統的加速建設。經過幾年的探索和實踐，電網的數字化轉型已經成為行業共識，數字電網的重要特征和標志是實現電網全環節、全要素、全時空的可觀、可測、可控。而傳感器對于數字電網來說，就像人體的神經末梢一般，無時無刻不在感知和產生各類量測數據，是物理電網數字化的關鍵基礎元件。

　　在電力系統誕生的一百多年時間里，互感器作為電力系統主要的傳感測量設備，能夠很好地解決傳統電力系統的測量問題。然而，隨著具有隨機性、間歇性、波動性特征的新能源占比越來越大，直至成為新型電力系統的主體，電網的電壓、電流狀態的特征以及測量需求發生了巨大變化：一是直流環節，尤其是中低壓直流環節大幅增加，帶來的直流測量需求也大幅增加，而且直流測量需求往往與kHz-MHz的高頻交流測量需求伴隨出現，因此，不僅需要測量元件兼顧到直流測量，而且對測量頻帶范圍也提出了較高要求。二是電流的變化范圍更大，尤其是對小電流的測量需求增長快速，比如光伏、充電樁等設備uA-mA級的泄漏電流監測正在成為行業標準，因此需要測量元件更加靈敏，能夠準確檢測到更小的電流。三是電流的變化速度更快，風、光等新能源的出力變化極快，傳統的SCADA系統15分鐘級的采集頻次漏掉很多細節變化，不利于精準控制，因此需要測量元件能夠滿足高頻次采集的要求。四是參與新型電力系統的分布式主體數量呈指數增長，所需要的測量布點也是指數增長，大規模部署測量元件本身也可能導致占地大、引入新的安全風險、消耗能源等問題，因此需要測量元件體積小、安全性高、功耗低。傳統基于鐵芯和線圈的互感器不能測量直流、頻帶范圍窄、小電流測量困難、體積大、存在開路（電流互感器）或者短路（電壓互感器）的安全風險，難以適應新型電力系統帶來的新測量需求。

　　近年來，隨著新型敏感材料和微機電（MEMS）工藝的快速發展，涌現出了磁阻、壓電、光電、磁光等先進傳感技術和元器件，它們具備微納體積、高精度、高信噪比、寬頻帶、超低功耗等優勢，為新一代電力微型智能傳感器發展提供了新的技術路徑。同時，高端傳感器也是國際科技競爭的重要領域。研發和應用基于MEMS技術的電力微型智能傳感器，除需要滿足前述新型電力系統的基本需求外，還需要著重關注和研究以下幾個方面的技術。

　　一是抗強電磁干擾的新材料和防護技術。MEMS元件工作在電力系統強電磁環境中，磁場可達T級、電場可達100kV/m級，MEMS元器件內部的材料和結構在強電磁環境下不應發生擊穿、改性等現象。因此，有必要不斷探索能夠適應強電磁環境的新材料，研究強電磁防護技術，提升MEMS傳感器的使用壽命。

　　二是非侵入式原位測量技術。不與一次帶電導體接觸的非侵入式測量是保障測量安全的根本措施。對于電流測量，單導線的非侵入式測量較容易實現，多芯電纜的空間磁場分布非常復雜，非侵入式測量十分困難；對于電壓測量，由于電壓是兩點電勢差的本質原因，傳統的電壓測量方法必須與待測導體和參考點金屬接觸，非侵入式的電壓精確測量是世界性難題，需要持續攻關，從工程上找到誤差可以接受的測量方法。

　　三是低功耗模擬/數字芯片技術與低功耗通信技術。低功耗技術是一種系統性技術。當前，國內模擬芯片和數字芯片的功耗與國際領先水平相比還有差距。在這一細分領域，還需要長時間的摸索和經驗積累，才能打破國外的技術壟斷。實踐表明，無線通信的功耗占到智能傳感器功耗的一半以上，目前市面上宣傳的低功耗無線通信技術，要么以犧牲通信距離為代價，要么以犧牲通信數據量和延長通信間隔為代價，還需要進一步研發極低功耗約束下的無線通信技術。

　　四是空間能量收集技術。目前在電網中最為可行的空間能量收集技術的是CT取能，振動、溫差等取能方式的能量密度太低，與當前電子元器件的功耗水平相差太遠，但隨著模擬/數字芯片的功耗水平不斷降低，取能材料的性能不斷提升，未來兩者實現匹配，將對傳感器技術起到巨大推進作用。能量收集的另一個研究熱點是能量收集芯片的設計與制造，目前這一細分領域也被國外壟斷，國內目前還幾乎是空白?？臻g能量收集技術與低功耗技術可共同實現傳感器自供能式的無源無線運行。

　　近年來，我國出臺了多項促進高端傳感器產業發展的規劃和措施，珠三角、長三角等地區已組建傳感器產業集群。電力行業從滿足產業需求的角度出發，率先成立電力微型智能傳感技術標準化委員會和專委會，以需求為引領，攻克了一批高端傳感器設計制造技術，培育了一批傳感材料、芯片、模組、應用等產業鏈上下游中堅企業。以電流和電壓傳感器為例，從2017年李立浧院士提出微型智能電流傳感器以來，在TMR磁傳感器、電流非侵入式測量方法、寬范圍取能、智能電流傳感裝置集成等方面，南網數字集團聯合高校、研究所、制造廠商和電網公司開展了大量研究與應用工作，取得顯著技術進步，6年內，TMR磁傳感器的線性范圍提升了10倍、靈敏度提升了3倍，線性度從1%提升到0.2%，功耗降低兩個數量級。在電力線性測量領域，TMR整體技術從2017年全面落后國外廠商到如今整體領先國外廠商，實現了工業級線性磁傳感器的自立自強。在電壓傳感器方面，南網數字集團提出非侵入式電壓測量方法，打破了國外的技術壟斷，研發了世界首款非侵入式自取能電壓傳感器，非侵入式電壓測量精度達到1%，在中低壓配網實現規?；瘧?，解決了配網電壓監測“最后一公里”的問題。此外，還研發了自供能的輸電線路多物理量集成傳感器，實現了電流、溫濕度、可見光圖像/視頻、紅外圖像、振動/舞動、氣壓/海拔等多物理量的實時監測和傳感器端側人工智能異常識別和告警，大幅降低了山區和無人區輸電線路的巡維工作難度和工作量。南網數字集團形成了“數研極目”傳感器自主品牌，涵蓋電氣量、非電氣量等多個產品系列，在世界范圍內推廣應用了數十萬套電力微型智能傳感器。

　　隨著在電力系統內的應用越來越廣泛，微型智能傳感器在行業內得到越來越多的認可，未來將進入一個快速發展期，南網數字集團將繼續與產業鏈上下游研究機構和制造廠商一道，致力于高端工業傳感器研發與產業應用，打造良性生態循環，爭取在國際科技競爭格局中取得關鍵優勢，擺脫高端傳感器依賴進口的現狀，實現高端傳感器自主可控。