孤島檢測保護(hù)的專利技術(shù)分析

李爽 崔嬌

摘要：孤島運(yùn)行會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的危害，孤島的檢測保護(hù)問題是微電網(wǎng)保護(hù)的重要問題之一。本文主要針對孤島檢測保護(hù)的技術(shù)發(fā)展線路，通過檢索、統(tǒng)計(jì)、分析該領(lǐng)域的專利申請，統(tǒng)計(jì)了申請趨勢、重要申請人等信息，同時闡述了重點(diǎn)專利的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);孤島;專利分析

一、前言

近年來，以可再生能源和清潔能源為代表的分布式發(fā)電技術(shù)以其清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效、供電可靠的優(yōu)勢在全世界迅速發(fā)展。微電網(wǎng)是在分布式發(fā)電基礎(chǔ)上形成的新型供電方式，其主要組成單元包括分布式電源、電力負(fù)荷、儲能裝置以及控制系統(tǒng)，通過電力電子裝置和儲能設(shè)備實(shí)現(xiàn)功率變換和靈活控制。微電網(wǎng)充分發(fā)揮了分布式電源的優(yōu)勢，解決分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)的問題，是電力系統(tǒng)新的發(fā)展方向。微電網(wǎng)有孤島模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式兩種供電形式;孤島運(yùn)行是指并網(wǎng)系統(tǒng)中主電網(wǎng)由于故障或停電檢修等原因停止供電時，分布式發(fā)電系統(tǒng)或微電網(wǎng)沒有及時與主電網(wǎng)分離，形成了一個由分布式發(fā)電系統(tǒng)或微電網(wǎng)單獨(dú)給本地負(fù)載供電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)就是孤島。

孤島運(yùn)行時，孤島內(nèi)電源與負(fù)荷的功率必須是平衡的，若不平衡則孤島內(nèi)電壓和頻率將不穩(wěn)定，孤島無法持續(xù)運(yùn)行。孤島運(yùn)行可分為計(jì)劃性孤島和非計(jì)劃性孤島。計(jì)劃性孤島是事先劃定的孤島區(qū)域，是對大電網(wǎng)的有力補(bǔ)充，可作為重要用戶的一種緊急供電手段，減少因停電帶來的損失并提高了供電質(zhì)量和可靠性;而非計(jì)劃性孤島是因主配電系統(tǒng)側(cè)故障跳閘且造成分布式電源給不匹配的負(fù)載供電的情況，由于非計(jì)劃性孤島內(nèi)的功率不平衡，長時間運(yùn)行會造成孤島系統(tǒng)內(nèi)電壓和頻率的偏離、故障不能排除，造成分布式電源和負(fù)載用電設(shè)備的損壞，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重的問題。因此，配置孤島保護(hù)，在非計(jì)劃性孤島時控制分布式電源退出運(yùn)行是重要的保護(hù)手段。隨著分布式電源的快速發(fā)展，孤島檢測保護(hù)是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。

二、孤島檢測保護(hù)發(fā)展情況及分析

1、專利歷年申請量分析

孤島保護(hù)作為含分布式電源的微電網(wǎng)的重要保護(hù)之一。隨著分布式發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，以及對電力系統(tǒng)保護(hù)方法的不斷研究，孤島保護(hù)技術(shù)也在不斷更新發(fā)展和創(chuàng)新，關(guān)于孤島保護(hù)的專利申請也在逐年增加。具體的，早在1999年就有關(guān)于孤島檢測保護(hù)的專利申請，此后關(guān)于孤島檢測保護(hù)的專利申請逐年緩慢增加;到了2010年左右，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模不斷增加、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對于微電網(wǎng)孤島檢測保護(hù)的研究也更加重視，相關(guān)專利爆發(fā)式增長，在2015年達(dá)到了最大的申請量。

2、主要專利申請國家

全球關(guān)于孤島檢測保護(hù)的專利申請有一多半在中國，中國是關(guān)于孤島檢測保護(hù)的申請量最大的國家;美國的相關(guān)專利申請量則排在第二位。之所以如此，離不開國家大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，重視知識產(chǎn)權(quán)保護(hù);并且，隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，新能源電力并網(wǎng)量的急劇增加也促進(jìn)了孤島檢測保護(hù)的相關(guān)研究。

3、主要專利申請人分析

在中國專利的統(tǒng)計(jì)過程中，國家電網(wǎng)是申請量最多的申請人，其次分別是中國電力科學(xué)研究院和美國的通用電氣公司。申請量排名前十名的申請人里有三個外國公司，說明孤島檢測保護(hù)在全球都是熱門的技術(shù)研究方向。排名前十名的申請人有七個中國的單位，說明中國在該項(xiàng)技術(shù)上進(jìn)行了大量的研究并取得了一定的研究成果，以國家電網(wǎng)公司、國電南瑞科技股份有限公司、南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司為代表的企業(yè)和中國電力科學(xué)研究院、東南大學(xué)、天津大學(xué)為代表的高校、科研單位，成為該技術(shù)的主要研究者;以上都說明中國在孤島檢測保護(hù)技術(shù)上投入了大量的研究并取得了一定的研究成果。

三、孤島檢測保護(hù)技術(shù)的專利發(fā)展趨勢

孤島檢測方法可分為電網(wǎng)端和逆變器端兩大類檢測法，其中逆變器端的檢測法又分為被動和主動兩類檢測法。電網(wǎng)端的檢測法（也稱遠(yuǎn)程檢測法或外部法）主要是采用無線通信手段來檢測斷路器的開斷狀態(tài)，并在電網(wǎng)側(cè)發(fā)出載波信號，而安裝在DG側(cè)的接收器將根據(jù)這些信號的變化來確定是否發(fā)生了孤島，在電網(wǎng)斷電時發(fā)送孤島狀態(tài)信號給并網(wǎng)逆變器使其斷開與電網(wǎng)的連接。逆變器端的檢測法（也稱本地檢測法或內(nèi)部法）主要是依靠逆變器自身來判斷是否發(fā)生孤島狀態(tài)，不需要增加額外的互感器和測量設(shè)備，一般是通過檢測輸出端電壓的幅值和頻率來判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。

目前，孤島檢測保護(hù)方面的專利申請，多集中于通過優(yōu)化孤島檢測的方法提高孤島檢測的準(zhǔn)確性和速度等;對孤島檢測裝置的研究則比較少。對傳統(tǒng)孤島檢測保護(hù)方法的優(yōu)化，有以下幾種主要的研究方向：1、由于現(xiàn)有的孤島檢測方法各有有缺點(diǎn)和使用范圍，通過結(jié)合不同的孤島檢測方法提高孤島檢測的性能，例如：有專利通過負(fù)載功率與預(yù)設(shè)逆變器輸出功率選擇主檢測或被動模式以減少孤島檢測盲區(qū)，保證孤島檢測效率;有專利通過并網(wǎng)點(diǎn)功率不匹配程度的判斷，與過/欠壓、過/欠頻孤島檢測相結(jié)合，只在功率不匹配程度小于設(shè)定閾值時才向系統(tǒng)注入擾動，減少了擾動對電能質(zhì)量的影響;2、通過對現(xiàn)有單一的孤島檢測方法進(jìn)行優(yōu)化提高孤島檢測的準(zhǔn)確率：例如，有專利將多分辨率分析和多分辨率奇異譜熵融合，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解將信號按不同分辨率進(jìn)行頻域分層分解，信息熵對信息按頻域分層后得到的特性量化，得到最為簡潔清晰的信息性質(zhì)描述，提高了特征提取的速度和精度，降低非孤島狀態(tài)時的誤判;有專利通過對傳統(tǒng)的AFDPF算法進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合了閉環(huán)控制理論、主動移頻技術(shù)及反饋增強(qiáng)原理的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速檢測出微電網(wǎng)孤島，縮短了檢測時間，減小了檢測盲區(qū)，提高了檢測效率。孤島檢測保護(hù)的相關(guān)研究是研究的熱點(diǎn)，未來的研究中，檢測速度更快、準(zhǔn)確率更高、效果更好的孤島檢測保護(hù)方法將是孤島檢測保護(hù)發(fā)展的方向。

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（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心）