基于可重构智能表面（RIS）天线的相控阵无线通信技术及其在新型电力系统的应用

背景介绍

国家能源局发布的《新型电力系统发展蓝皮书》指出，新型电力系统应具备安全高效、清洁低碳柔性灵活、智慧融合四大特征，其中智慧融合是基础保障。按照“两步走”战略安排，至2060年将完成电力系统智慧化运行体系建设。

典型应用场景的共性需求

共性需求包括先进可靠的无线通信和海量在线监测设备供电。

RIS相控阵无线通信技术

现有无线通信技术的局限

现有无线通信技术存在复杂性、高能耗、大尺寸等问题。

基于RIS天线的相控阵无线通信技术

• RIS（可重构智能表面）：通过可重构单元阵列，基于界面电磁学原理，实现对电磁波束的控制及无线信道的智能重构，是6G通信的推荐无线通信技术。
• 相控机理：采用相控阵技术，实现微秒级高速电子扫描波束，精准信号随指而动，支持全场景应用。
• 性能特点：全自动、低功耗（<20W）、强防护（IP67级）、远距离（>50km）、大带宽（~Gbps）。

通信系统架构和产品构成

• 产品构成：全自主知识产权，获得多项奖项。
• 应用场景：
  • 输电线路补盲：已与16个省市地州电网合作，实现盲区输电铁塔网络通信覆盖。
  • 无人机自主巡检：RTK信号覆盖，高速率、高精度、超远距，8秒自动建链。
  • 变电站调度通信：搭建盲调无线通信专网，实现物理隔离、秒级建链、大带宽、全抗灾、易安装。
  • 应急通信通用解决方案：易部署、响应迅速，支持全过程可视化和实时指挥调度。
  • 新能源场站无线通信网络覆盖：解决运营商基站少、网络信号差、光纤网络故障多、4G覆盖带宽不够等问题。
  • 水电站通信专网解决方案：坝区及沿岸无线宽带通信网络覆盖，获2022年绽放杯5G应用大赛5G增强技术专题全国赛一等奖。
  • 输电线路设备无线供电系统：解决输电线路设备供电问题。

技术难点与创新解决方案

• 技术难点：现有供能方式主要为太阳能+电池组，存在维护频繁、难以实现不间断供电、无法实现跨绝缘距离、易受环境天气影响等问题。
• 创新解决方案：基于多级磁谐振耦合的无线供电系统，传输距离更远（“米级”），绝缘化一体封装，硬质复合绝缘材料，线圈串形变量小、不位移，保证传输效率稳定，优异的耐候性能，提升系统整体使用寿命。
• 性能：输出功率大于30W，可实现24小时不间断供电。

应用场景

• 巡检无人机塔上充电：替代太阳能板+大电池组供电，持续、可靠的塔上设备能源供给，大幅降低现场维护频次，节约运维成本。
• 机不归“巢”，实现超远距离无人机自动巡检：提高巡检效率，降低运维难度，输出功率100W。

产品研发

• 适用电压等级：110kV
• 绝缘性能：满足同电压等级绝缘子规范要求
• 防护等级：IP65及以上
• 无线传输距离：≥1.2m
• 最大传输效率：≥50%
• 最大传输功率：>30W

产业化建设

已实现远距离大功率无线供电系统，并应用于输电线路设备供电。