项目研究背景

随着能源革命的不断深入和能源互联网的持续建设，对电网自动化、智能化、信息化的需求日益迫切，亟需先进的电力设备传感量测方法为电网多场景应用提供信息支撑，以保证智能电网在复杂工况下的安全可靠运行。传感器作为电力物联网中设备状态感知的关键元件，决定了电力系统安全运行的总体技术水平。其中，压电材料及其传感器件广泛应用于电力设备振动、声、电压传感领域，为能源互联网智能感知、泛在互联提供保障。

方法及创新点

首先，从无机压电材料和有机压电材料两类压电传感器件常用材料出发，介绍压电材料的发展及其在电气工程中的应用。指出传统压电材料开发基于试错方法，可以解决组分较少的单一成分（第一阶段，如BT、PT）及准同型相界（第二阶段，如PZT、PMN-PT、BCT-BZT）压电材料体系的开发。而随着压电材料应用需求和应用场景的增加，对高性能压电材料的需求日益迫切，现有基于试错方法开发的材料体系已经发展至瓶颈期，逐渐难以满足精密传感要求。开展新型压电材料智能化多元寻优，是进一步提升压电材料性能、开发高性能压电器件的关键，无机压电材料即将迎来第三阶段发展，如下图所示。

图1 无机压电陶瓷性能发展示意图

随后，概述了压电振动传感器、压电声传感器、压电电压传感器的实现原理，重点对压电传感器件在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等电气工程领域的实际应用进行了介绍，如下图所示。

图2 压电传感器件在电气工程领域中的应用

最后，指出压电传感技术还面临精确度、稳定性、环境适应性、环境友好等方面的挑战，亟需从新型压电材料开发、新型压电传感器拓扑设计、智能化补偿等方面出发，突破高性能智能传感器关键技术，实现能源互联网电力设备状态感知应用。

结论与展望

压电材料及其传感器件广泛应用于电力设备振动、声、电压传感领域，为能源互联网智能感知、泛在互联提供保障。而特定应用场景需要压电材料实现压电系数、居里温度、机电耦合系数等压电性能协同提升，新材料开发面临制备周期长、试错成本高等难题。基于机器学习人工智能方法，结合高通量批量化制备和表征手段，实现高性能环境友好型压电材料组分快速寻优，是未来压电材料发展的趋势。此外，现有压电器件制造与电力设备应用需求仍存在脱节，如何针对电力设备复杂运行环境，开发新颖有效的传感器拓扑，提出压电传感器件智能化制造和补偿方法，是未来相关技术研发过程中需着重考虑的关键问题。