高壓直流輸電系統(tǒng)保護(hù)專(zhuān)利技術(shù)綜述

宋宇程 鄭巧

摘 ?要：文章主要分析了直流輸電系統(tǒng)中最重要的兩個(gè)保護(hù)區(qū)——線(xiàn)路保護(hù)領(lǐng)域和換流器保護(hù)領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)現(xiàn)狀，梳理了上述兩個(gè)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、重要申請(qǐng)人、技術(shù)分支、技術(shù)演進(jìn)以及核心專(zhuān)利，期望該綜述能夠幫助相關(guān)領(lǐng)域?qū)彶閱T全面了解線(xiàn)路和換流器保護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展歷程和熱點(diǎn)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，以提高檢索效率和審查效率。

關(guān)鍵詞：直流輸電線(xiàn)路;換流器;保護(hù)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：T-18 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）19-0021-02

Abstract： This paper mainly analyzes the current situation of patent applications in the two most important protected areas of HVDC system： line protection and converter protection. This paper traces the global patent application trends， important applicants， technical branches， technology evolution and core patents in the above two fields. It is expected that this review can help examiners in related fields to fully understand the development process and hot technology development in the field of line and converter protection， in order to improve the efficiency of retrieval and examination.

Keywords： DC transmission line; converter; protection strategy

1 概述

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司在2003-2008年的統(tǒng)計(jì)，在發(fā)生的103次單雙極閉鎖中，主要原因集中在直流線(xiàn)路和控制保護(hù)系統(tǒng)，在2008年由于直流線(xiàn)路故障而引起的閉鎖的概率高達(dá)44%[1]。南方電網(wǎng)公司在2008-2011年統(tǒng)計(jì)的引起直流系統(tǒng)計(jì)劃停運(yùn)的原因主要為換流器和直流輸電線(xiàn)路[2]。因而，在直流輸電系統(tǒng)中的線(xiàn)路保護(hù)和換流器保護(hù)應(yīng)引起足夠的重視。

2 專(zhuān)利申請(qǐng)現(xiàn)狀

參照?qǐng)D1，直流輸電線(xiàn)路保護(hù)領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量一直高于換流器保護(hù)領(lǐng)域，造成這樣的原因可能是：一方面是由于直流輸電系統(tǒng)的輸電距離較遠(yuǎn)，面對(duì)更多復(fù)雜的環(huán)境因素，故障發(fā)生概率較高，科研技術(shù)人員根據(jù)故障情況積累的相關(guān)保護(hù)經(jīng)驗(yàn)較多;另一方面得益于我國(guó)交流輸電保護(hù)技術(shù)在國(guó)際上的領(lǐng)先水平，在對(duì)直流線(xiàn)路保護(hù)的線(xiàn)路故障判定和測(cè)距方面具有一定的借鑒作用。

對(duì)全球1999-2017年的申請(qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。全球總申請(qǐng)量在2005年之前都處于低迷趨勢(shì)，申請(qǐng)數(shù)量較少。而在2005年以后，申請(qǐng)數(shù)量逐漸增加，并保持著穩(wěn)定的增長(zhǎng)速度。在2013年，全球總申請(qǐng)量達(dá)到一個(gè)頂峰，維持兩年后在2016年申請(qǐng)數(shù)量略有下降。其中，中國(guó)在直流輸電線(xiàn)路和換流器保護(hù)領(lǐng)域的申請(qǐng)數(shù)量也不斷增加，在全球申請(qǐng)總量所占的百分比也是逐年增加。

在2005年我國(guó)開(kāi)始籌備自主研發(fā)、自主設(shè)計(jì)的特高壓輸電技術(shù)工程，向家壩-上海±800kV特高壓直流線(xiàn)路項(xiàng)目在2008年底開(kāi)工并于2010年7月8日投入運(yùn)行，這也對(duì)應(yīng)了在2005年和2008年申請(qǐng)趨勢(shì)發(fā)生變化的年份。

雖然，中國(guó)的高壓輸電工程起步要晚于鄰居俄羅斯以及西方各國(guó)，然而自我國(guó)第一條高壓直流輸電——舟山直流輸電工程起步以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)建設(shè)了葛洲壩-南橋（上海）、天成橋-廣州等直流輸電工程，在“十五”期間便計(jì)劃了7條直流輸電線(xiàn)路，并在國(guó)家電網(wǎng)啟動(dòng)特高壓輸電項(xiàng)目以來(lái)更加重視直流輸電工程。國(guó)外電力設(shè)備重點(diǎn)廠商西門(mén)子、ABB等公司在專(zhuān)利布局時(shí)均會(huì)向中國(guó)提出專(zhuān)利申請(qǐng)。同時(shí)，隨著我國(guó)技術(shù)水平和國(guó)民知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)的覺(jué)醒，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的數(shù)量也是逐年遞增。因此，現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)是直流輸電領(lǐng)域?qū)＠髧?guó)。

3 重點(diǎn)專(zhuān)利分析

3.1 換流站保護(hù)領(lǐng)域重點(diǎn)專(zhuān)利

專(zhuān)利US4872100A涉及了一種具有過(guò)流保護(hù)、欠壓閉鎖功能的高壓DC-AC逆變器（參見(jiàn)圖2），在T0被短路后，經(jīng)過(guò)過(guò)流比較和中間晶閘管的工作，最后關(guān)閉晶閘管Q1、Q2，以防止過(guò)流故障范圍的擴(kuò)大。雖然技術(shù)方案較為簡(jiǎn)單，且靈敏度和抗干擾性差，但為后面的保護(hù)研究提供了理論基礎(chǔ)。

3.2 直流輸電線(xiàn)路保護(hù)領(lǐng)域重點(diǎn)專(zhuān)利

專(zhuān)利CN101232177A公開(kāi)了一種高壓直流輸電線(xiàn)路距離保護(hù)方法，該方法建立在時(shí)域分布參數(shù)模型基礎(chǔ)上，根據(jù)保護(hù)安裝處的電壓、電流量，用輸電線(xiàn)路分布參數(shù)模型計(jì)算保護(hù)范圍末端的電壓、電流量;利用保護(hù)范圍末端的電壓、電流量，建立集中參數(shù)RL模型下的測(cè)距方程;用最小二乘法求解得到故障距離，然后判斷是否為區(qū)內(nèi)故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)專(zhuān)利申請(qǐng)量和申請(qǐng)人的布局分析，可發(fā)現(xiàn)早期核心專(zhuān)利、專(zhuān)利布局和申請(qǐng)量都掌握在外國(guó)公司手里，而中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量大致在2005年開(kāi)始增加，且申請(qǐng)人主要是國(guó)有電力企業(yè)。針對(duì)于直流輸電線(xiàn)路保護(hù)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在保護(hù)原理以及算法改進(jìn)方面有大量的研究，轉(zhuǎn)化為專(zhuān)利進(jìn)行保護(hù)的僅是其中的部分成果，而這部分專(zhuān)利成果中在實(shí)際工程應(yīng)用的也少之又少。但針對(duì)直流輸電線(xiàn)路和換流器保護(hù)領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)所涉及到的核心技術(shù)越來(lái)越多。

參考文獻(xiàn)：

[1]喻新強(qiáng).國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)可靠性統(tǒng)計(jì)與分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（12）：1-7.

[2]張蔓，張鵬，鄭望其，等.南方電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)可靠性分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2014，8（02）：15-18.