孤岛检测保护的专利技术分析

李爽 崔娇

摘要：孤岛运行会给电力系统带来严重的危害，孤岛的检测保护问题是微电网保护的重要问题之一。本文主要针对孤岛检测保护的技术发展线路，通过检索、统计、分析该领域的专利申请，统计了申请趋势、重要申请人等信息，同时阐述了重点专利的技术发展脉络。

关键词：电网;孤岛;专利分析

一、前言

近年来，以可再生能源和清洁能源为代表的分布式发电技术以其清洁环保、经济高效、供电可靠的优势在全世界迅速发展。微电网是在分布式发电基础上形成的新型供电方式，其主要组成单元包括分布式电源、电力负荷、储能装置以及控制系统，通过电力电子装置和储能设备实现功率变换和灵活控制。微电网充分发挥了分布式电源的优势，解决分布式电源大规模并网的问题，是电力系统新的发展方向。微电网有孤岛模式和并网运行模式两种供电形式;孤岛运行是指并网系统中主电网由于故障或停电检修等原因停止供电时，分布式发电系统或微电网没有及时与主电网分离，形成了一个由分布式发电系统或微电网单独给本地负载供电的系统，该系统就是孤岛。

孤岛运行时，孤岛内电源与负荷的功率必须是平衡的，若不平衡则孤岛内电压和频率将不稳定，孤岛无法持续运行。孤岛运行可分为计划性孤岛和非计划性孤岛。计划性孤岛是事先划定的孤岛区域，是对大电网的有力补充，可作为重要用户的一种紧急供电手段，减少因停电带来的损失并提高了供电质量和可靠性;而非计划性孤岛是因主配电系统侧故障跳闸且造成分布式电源给不匹配的负载供电的情况，由于非计划性孤岛内的功率不平衡，长时间运行会造成孤岛系统内电压和频率的偏离、故障不能排除，造成分布式电源和负载用电设备的损坏，给电力系统的安全稳定运行带来严重的问题。因此，配置孤岛保护，在非计划性孤岛时控制分布式电源退出运行是重要的保护手段。随着分布式电源的快速发展，孤岛检测保护是当今研究的热点。

二、孤岛检测保护发展情况及分析

1、专利历年申请量分析

孤岛保护作为含分布式电源的微电网的重要保护之一。随着分布式发电技术的不断发展，以及对电力系统保护方法的不断研究，孤岛保护技术也在不断更新发展和创新，关于孤岛保护的专利申请也在逐年增加。具体的，早在1999年就有关于孤岛检测保护的专利申请，此后关于孤岛检测保护的专利申请逐年缓慢增加;到了2010年左右，随着我国电网规模不断增加、科学技术的不断进步，对于微电网孤岛检测保护的研究也更加重视，相关专利爆发式增长，在2015年达到了最大的申请量。

2、主要专利申请国家

全球关于孤岛检测保护的专利申请有一多半在中国，中国是关于孤岛检测保护的申请量最大的国家;美国的相关专利申请量则排在第二位。之所以如此，离不开国家大力发展科学技术，重视知识产权保护;并且，随着新能源技术的快速发展，新能源电力并网量的急剧增加也促进了孤岛检测保护的相关研究。

3、主要专利申请人分析

在中国专利的统计过程中，国家电网是申请量最多的申请人，其次分别是中国电力科学研究院和美国的通用电气公司。申请量排名前十名的申请人里有三个外国公司，说明孤岛检测保护在全球都是热门的技术研究方向。排名前十名的申请人有七个中国的单位，说明中国在该项技术上进行了大量的研究并取得了一定的研究成果，以国家电网公司、国电南瑞科技股份有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司为代表的企业和中国电力科学研究院、东南大学、天津大学为代表的高校、科研单位，成为该技术的主要研究者;以上都说明中国在孤岛检测保护技术上投入了大量的研究并取得了一定的研究成果。

三、孤岛检测保护技术的专利发展趋势

孤岛检测方法可分为电网端和逆变器端两大类检测法，其中逆变器端的检测法又分为被动和主动两类检测法。电网端的检测法（也称远程检测法或外部法）主要是采用无线通信手段来检测断路器的开断状态，并在电网侧发出载波信号，而安装在DG侧的接收器将根据这些信号的变化来确定是否发生了孤岛，在电网断电时发送孤岛状态信号给并网逆变器使其断开与电网的连接。逆变器端的检测法（也称本地检测法或内部法）主要是依靠逆变器自身来判断是否发生孤岛状态，不需要增加额外的互感器和测量设备，一般是通过检测输出端电压的幅值和频率来判断是否发生了孤岛效应。

目前，孤岛检测保护方面的专利申请，多集中于通过优化孤岛检测的方法提高孤岛检测的准确性和速度等;对孤岛检测装置的研究则比较少。对传统孤岛检测保护方法的优化，有以下几种主要的研究方向：1、由于现有的孤岛检测方法各有有缺点和使用范围，通过结合不同的孤岛检测方法提高孤岛检测的性能，例如：有专利通过负载功率与预设逆变器输出功率选择主检测或被动模式以减少孤岛检测盲区，保证孤岛检测效率;有专利通过并网点功率不匹配程度的判断，与过/欠压、过/欠频孤岛检测相结合，只在功率不匹配程度小于设定阈值时才向系统注入扰动，减少了扰动对电能质量的影响;2、通过对现有单一的孤岛检测方法进行优化提高孤岛检测的准确率：例如，有专利将多分辨率分析和多分辨率奇异谱熵融合，经验模态分解将信号按不同分辨率进行频域分层分解，信息熵对信息按频域分层后得到的特性量化，得到最为简洁清晰的信息性质描述，提高了特征提取的速度和精度，降低非孤岛状态时的误判;有专利通过对传统的AFDPF算法进行改进，结合了闭环控制理论、主动移频技术及反馈增强原理的优点，能够快速检测出微电网孤岛，缩短了检测时间，减小了检测盲区，提高了检测效率。孤岛检测保护的相关研究是研究的热点，未来的研究中，检测速度更快、准确率更高、效果更好的孤岛检测保护方法将是孤岛检测保护发展的方向。

参考文献

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[4]殷桂梁，杨丽君，王瑁.分布式发电技术[M].北京：機械工业出版社，2008

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心）