孤島檢測(cè)的專利技術(shù)分析

李爽 崔嬌

摘 要：分布式能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)中，及時(shí)、有效、準(zhǔn)確的檢測(cè)出孤島是電力系統(tǒng)保護(hù)的重要內(nèi)容。本文主要針對(duì)孤島檢測(cè)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(qǐng)，統(tǒng)計(jì)了申請(qǐng)趨勢(shì)、重要申請(qǐng)人等信息，同時(shí)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

分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行是可以提高供電系統(tǒng)可靠性和靈活性。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(chǔ)能裝置以及控制系統(tǒng)，通過電力電子裝置和儲(chǔ)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(shì)，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)有本地網(wǎng)絡(luò)負(fù)載供電（孤島模式）和并網(wǎng)運(yùn)行（并網(wǎng)模式）兩種供電形式；孤島是指在與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的分布式并網(wǎng)供電系統(tǒng)中，電網(wǎng)連接端端口因故障或停電檢修等原因斷開與供電端口的連接時(shí)，分布式發(fā)電系統(tǒng)沒有及時(shí)與主電網(wǎng)切離，形成了一個(gè)由分布式發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)給本地負(fù)載供電的孤島系統(tǒng)。孤島運(yùn)行又分為計(jì)劃的孤島運(yùn)行和非計(jì)劃的孤島運(yùn)行；非計(jì)劃的孤島運(yùn)行是由不可預(yù)知的緊急故障造成并聯(lián)運(yùn)行的電網(wǎng)供電端口與用戶的供電端口脫離，而分布式發(fā)電系統(tǒng)未能檢測(cè)出該狀態(tài)，沒有及時(shí)自動(dòng)的斷開而持續(xù)向負(fù)載供電，形成了由分計(jì)劃的分布式發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立向負(fù)載供電的供電系統(tǒng)；非計(jì)劃的孤島運(yùn)行可能會(huì)給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一系列問題，如無法徹底清除故障、重合閘失敗、備自投時(shí)間延長甚至失敗、孤島系統(tǒng)內(nèi)電能質(zhì)量惡化等問題，同時(shí)也會(huì)危害運(yùn)維人員的人身安全。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)出非計(jì)劃的孤島運(yùn)行狀態(tài)，是電力系統(tǒng)保護(hù)與控制的重要研究方向。

二、孤島檢測(cè)發(fā)展情況及分析

孤島檢測(cè)方法可分為電網(wǎng)端和逆變器端兩大類檢測(cè)法，其中逆變器端的檢測(cè)法又分為被動(dòng)和主動(dòng)兩類檢測(cè)法。電網(wǎng)端的檢測(cè)法（也稱遠(yuǎn)程檢測(cè)法或外部法）主要是通過無線通信檢測(cè)斷路器的開斷狀態(tài)，并且在電網(wǎng)側(cè)發(fā)出載波信號(hào)，安裝在DG側(cè)的接收器將根據(jù)這些信號(hào)的變化來判斷是否發(fā)生了孤島，在電網(wǎng)斷電時(shí)發(fā)送孤島狀態(tài)信號(hào)給并網(wǎng)逆變器使其斷開與電網(wǎng)的連接，其優(yōu)點(diǎn)是無非檢測(cè)區(qū)，可靠性高，對(duì)于各種類型的逆變器的孤島檢測(cè)都有效，但是需要增加其他裝置成本高、經(jīng)濟(jì)效率低。

逆變器端的檢測(cè)法（也稱本地檢測(cè)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(cè)量設(shè)備，一般是通過檢測(cè)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)；可分為被動(dòng)法和主動(dòng)法兩類。被動(dòng)檢測(cè)法從分布式電源單方面來檢測(cè)孤島，如通過檢測(cè)電壓、相位、頻率及其變化率、諧波等基本電氣量是否在允許范圍之內(nèi)來判定孤島，該方法不會(huì)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量造成影響，但是存在較大檢測(cè)盲區(qū)；主動(dòng)檢測(cè)法通過引入擾動(dòng)因素如諧波、有功、無功、頻移、相差等，使其輸出電壓、相位、頻率存在一定的擾動(dòng)，使得孤島發(fā)生后相關(guān)電氣量超出門檻值，從而判定孤島；主動(dòng)式檢測(cè)精度高，非檢測(cè)區(qū)間較小，但是控制相對(duì)復(fù)雜，會(huì)對(duì)逆變器的主要性能造成影響，如諧波量增加、發(fā)電效率變低等。

目前的專利申請(qǐng)中，關(guān)于孤島檢測(cè)方法改進(jìn)的申請(qǐng)最多，主要是對(duì)現(xiàn)有孤島檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，以取得更好的孤島檢測(cè)效果；也有部分專利通過優(yōu)化孤島檢測(cè)設(shè)備，以取得更好的孤島檢測(cè)效果。

公開號(hào)為CN108233423A的專利申請(qǐng)公開了一種新能源發(fā)電系統(tǒng)并入交直流混聯(lián)電網(wǎng)的自適應(yīng)孤島檢測(cè)方法；將頻率增長率的持續(xù)變化作為孤島檢測(cè)的條件之一，設(shè)置了兩個(gè)頻率閾值，綜合考慮并網(wǎng)點(diǎn)頻率值和頻率增長率的持續(xù)變化情況對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，得到一種相對(duì)更優(yōu)的自適應(yīng)孤島檢測(cè)方法，能夠有效區(qū)分是因系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行而導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)頻率上升還是由于交流系統(tǒng)頻率波動(dòng)導(dǎo)致的并網(wǎng)點(diǎn)頻率波動(dòng)，從而具有較高的準(zhǔn)確性。公開號(hào)為CN107765108A的專利申請(qǐng)公開了一種逆變器的孤島檢測(cè)方法；在針對(duì)逆變器進(jìn)行孤島檢測(cè)時(shí)，采樣逆變器交流端口輸出的交流電壓信號(hào)；針對(duì)所述交流電壓信號(hào)進(jìn)行諧波分析，得到各次電壓諧波和各次電壓諧波的變化率；基于各次電壓諧波和各次電壓諧波的變化率，確定電壓總諧波畸變率；在所述電壓總諧波畸變率大于電壓總諧波畸變率的設(shè)定閾值時(shí)，確定檢測(cè)到所述逆變器發(fā)生孤島效應(yīng)；減少孤島檢測(cè)的死區(qū)，提高孤島檢測(cè)的準(zhǔn)確率和可靠性。公開號(hào)為CN107526009A的專利申請(qǐng)公開了一種根據(jù)頻率和電流變化時(shí)序的孤島檢測(cè)防誤閉鎖方；根據(jù)頻率與諧波電壓變化時(shí)序關(guān)系進(jìn)行防誤閉鎖，若頻率先發(fā)生變化，則判定為電網(wǎng)頻率變化，不是孤島導(dǎo)致的變化；有效地解決了電網(wǎng)頻率偏移時(shí)諧波擾動(dòng)及變壓器空投等造成的誤動(dòng)，減小誤判的可能性。上述專利申請(qǐng)通過對(duì)已有單一的孤島檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，提高了孤島檢測(cè)的性能。

公開號(hào)為CN108445326A的專利申請(qǐng)公開了一種主動(dòng)式無功孤島檢測(cè)方法；對(duì)主動(dòng)式無功防孤島增加一個(gè)頻率檢測(cè)模塊進(jìn)行主動(dòng)檢測(cè)，無須擾動(dòng)量超出孤島諧振的工作范圍。公開號(hào)為CN108631353A的專利申請(qǐng)公開了一種微電網(wǎng)孤島檢測(cè)方法及系統(tǒng)；采集公共連接點(diǎn)電壓，并獲取相位和頻率判斷是否有孤島現(xiàn)象發(fā)生；如果有則結(jié)束，否則進(jìn)入下一步；注入擾動(dòng)電流，再次采集公共連接點(diǎn)電壓，重新判斷是否有孤島現(xiàn)象發(fā)生；該方法能夠快速實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)孤島檢測(cè)，在多個(gè)分布式能源裝置下依然能夠保證孤島檢測(cè)的有效性，同時(shí)減小了諧波干擾。上述專利申請(qǐng)利用不同孤島檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對(duì)已有不同的孤島檢測(cè)方法進(jìn)行組合，提高了孤島檢測(cè)的性能。

公開號(hào)為CN108011359A的專利申請(qǐng)公開了一種用于分布式電源的孤島保護(hù)裝置，設(shè)備產(chǎn)權(quán)能獨(dú)立于分布式電源商；通過在分布式電源的公共接入點(diǎn)并入降壓變壓器、限流電感和晶閘管組成的可控短路電路，在電網(wǎng)電壓過零時(shí)接入電網(wǎng)，從而借助公共連接點(diǎn)在連網(wǎng)和脫網(wǎng)狀態(tài)下短路容量的不同將產(chǎn)生不同的短路電流大小和電網(wǎng)電壓諧波水平，實(shí)現(xiàn)孤島檢測(cè)的本地激勵(lì)本地檢測(cè)，大幅降低了系統(tǒng)成本和提高了檢測(cè)的可靠性。上述專利申請(qǐng)通過對(duì)孤島檢測(cè)的裝置進(jìn)行改進(jìn)，提高孤島檢測(cè)保護(hù)的性能。

三、孤島檢測(cè)保護(hù)技術(shù)的專利發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)孤島檢測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)階段關(guān)于孤島檢測(cè)的技術(shù)主要是對(duì)孤島檢測(cè)方法的優(yōu)化，也有部分專利申請(qǐng)通過對(duì)裝置的改進(jìn)提高孤島檢測(cè)的性能。對(duì)于方法的優(yōu)化可以大體分為兩類，一種通過優(yōu)化已有單一的孤島檢測(cè)方法，提高孤島檢測(cè)保護(hù)的性能；一種通過組合不同的孤島檢測(cè)方法，提高孤島檢測(cè)保護(hù)的性能。檢測(cè)速度更快、準(zhǔn)確率更高、效果更好的孤島檢測(cè)保護(hù)方法將是孤島檢測(cè)保護(hù)未來發(fā)展的方向。

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