高壓直流輸電系統保護專利技術綜述

宋宇程 鄭巧

摘 ?要：文章主要分析了直流輸電系統中最重要的兩個保護區——線路保護領域和換流器保護領域的專利申請現狀，梳理了上述兩個領域全球專利申請趨勢、重要申請人、技術分支、技術演進以及核心專利，期望該綜述能夠幫助相關領域審查員全面了解線路和換流器保護領域的發展歷程和熱點技術發展狀況，以提高檢索效率和審查效率。

關鍵詞：直流輸電線路;換流器;保護策略

中圖分類號：T-18 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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

根據國家電網公司在2003-2008年的統計，在發生的103次單雙極閉鎖中，主要原因集中在直流線路和控制保護系統，在2008年由于直流線路故障而引起的閉鎖的概率高達44%[1]。南方電網公司在2008-2011年統計的引起直流系統計劃停運的原因主要為換流器和直流輸電線路[2]。因而，在直流輸電系統中的線路保護和換流器保護應引起足夠的重視。

2 專利申請現狀

參照圖1，直流輸電線路保護領域的專利申請量一直高于換流器保護領域，造成這樣的原因可能是：一方面是由于直流輸電系統的輸電距離較遠，面對更多復雜的環境因素，故障發生概率較高，科研技術人員根據故障情況積累的相關保護經驗較多;另一方面得益于我國交流輸電保護技術在國際上的領先水平，在對直流線路保護的線路故障判定和測距方面具有一定的借鑒作用。

對全球1999-2017年的申請量進行統計。全球總申請量在2005年之前都處于低迷趨勢，申請數量較少。而在2005年以后，申請數量逐漸增加，并保持著穩定的增長速度。在2013年，全球總申請量達到一個頂峰，維持兩年后在2016年申請數量略有下降。其中，中國在直流輸電線路和換流器保護領域的申請數量也不斷增加，在全球申請總量所占的百分比也是逐年增加。

在2005年我國開始籌備自主研發、自主設計的特高壓輸電技術工程，向家壩-上海±800kV特高壓直流線路項目在2008年底開工并于2010年7月8日投入運行，這也對應了在2005年和2008年申請趨勢發生變化的年份。

雖然，中國的高壓輸電工程起步要晚于鄰居俄羅斯以及西方各國，然而自我國第一條高壓直流輸電——舟山直流輸電工程起步以來，我國陸續建設了葛洲壩-南橋（上海）、天成橋-廣州等直流輸電工程，在“十五”期間便計劃了7條直流輸電線路，并在國家電網啟動特高壓輸電項目以來更加重視直流輸電工程。國外電力設備重點廠商西門子、ABB等公司在專利布局時均會向中國提出專利申請。同時，隨著我國技術水平和國民知識產權意識的覺醒，國內申請的數量也是逐年遞增。因此，現在我國已經是直流輸電領域專利大國。

3 重點專利分析

3.1 換流站保護領域重點專利

專利US4872100A涉及了一種具有過流保護、欠壓閉鎖功能的高壓DC-AC逆變器（參見圖2），在T0被短路后，經過過流比較和中間晶閘管的工作，最后關閉晶閘管Q1、Q2，以防止過流故障范圍的擴大。雖然技術方案較為簡單，且靈敏度和抗干擾性差，但為后面的保護研究提供了理論基礎。

3.2 直流輸電線路保護領域重點專利

專利CN101232177A公開了一種高壓直流輸電線路距離保護方法，該方法建立在時域分布參數模型基礎上，根據保護安裝處的電壓、電流量，用輸電線路分布參數模型計算保護范圍末端的電壓、電流量;利用保護范圍末端的電壓、電流量，建立集中參數RL模型下的測距方程;用最小二乘法求解得到故障距離，然后判斷是否為區內故障。

4 結束語

經過專利申請量和申請人的布局分析，可發現早期核心專利、專利布局和申請量都掌握在外國公司手里，而中國的專利申請數量大致在2005年開始增加，且申請人主要是國有電力企業。針對于直流輸電線路保護領域，國內申請人在保護原理以及算法改進方面有大量的研究，轉化為專利進行保護的僅是其中的部分成果，而這部分專利成果中在實際工程應用的也少之又少。但針對直流輸電線路和換流器保護領域的專利申請趨勢來看，我國所涉及到的核心技術越來越多。

參考文獻：

[1]喻新強.國家電網公司直流輸電系統可靠性統計與分析[J].電網技術，2009，33（12）：1-7.

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