劉華 吉荔

摘 要：電網(wǎng)中潮流的變化使傳統(tǒng)電網(wǎng)保護定值與方法并不適用于新的電網(wǎng)結構，同時分布式電源的并網(wǎng)運行也可能引起電網(wǎng)電壓偏移、波動、閃邊、頻率變化等諸多問題，給電能質量和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來許多隱患。微電網(wǎng)安全保護是微電網(wǎng)發(fā)展所必需的保障性技術，其直接關系到微電網(wǎng)的電能質量和穩(wěn)定運行情況，與傳統(tǒng)電網(wǎng)的安全保護理論相比，微電網(wǎng)保護對于智能化、快速響應的需求更高。本文主要針對微電網(wǎng)安全保護的技術發(fā)展路線，通過檢索、統(tǒng)計、分析了微電網(wǎng)安全保護的專利申請，重點梳理了重要申請人、技術分布等狀況等信息，同時闡述了重點專利的技術發(fā)展脈絡。

關鍵詞：微電網(wǎng)；安全保護；技術演進；專利分析

一、前言

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大，微電網(wǎng)成為國家倡導的新能源發(fā)展路徑，逐漸在多個領域實現(xiàn)突圍。無論是在離岸的海島、偏遠的邊疆無人地區(qū)，還是在人群密集的都市樓宇、社區(qū)、工廠，人們越來越多的看到微電網(wǎng)應用的場景。在我國，微電網(wǎng)的發(fā)展尚處于起始階段，但微電網(wǎng)的特點吻合我國電力發(fā)展的需求和方向。

微電網(wǎng)技術的發(fā)展歷史較短，很多技術正處于研究的關鍵階段。從微電網(wǎng)研究和實踐結果來看，其技術研究主要包括分布式電源發(fā)電技術、電網(wǎng)控制及運行技術、電網(wǎng)保護技術、電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理、電網(wǎng)通信技術、電網(wǎng)接地技術、電網(wǎng)諧波治理以及電網(wǎng)標準制定八個方面。其中，安全保護技術是實現(xiàn)微電網(wǎng)功能的關鍵。微電網(wǎng)線路保護方法研究主要有兩類：（1）以通信技術為基礎，實現(xiàn)微電網(wǎng)開關狀態(tài)量和電氣量的共享；（2）以傳統(tǒng)電網(wǎng)保護技術為基礎，根據(jù)微電網(wǎng)故障特征對原判據(jù)進行改進，以滿足微電網(wǎng)保護的要求。

1 微電網(wǎng)線路保護方法

1.1以通信技術為基礎的保護方法

借助通信技術，微電網(wǎng)保護可以獲得微電網(wǎng)中拓撲結構和各測量點的開關量和電氣量信息，能實時根據(jù)微電網(wǎng)的運行狀態(tài)調整動作特性，提高保護的靈敏度和可靠性。以通信技術為基礎的微電網(wǎng)保護可分為兩種類型：基于全網(wǎng)信息交互的保護和基于相鄰信息交互的保護。

目前，基于全網(wǎng)信息交互的保護的研究主要有兩種：一是實時采集與結構變化相關的電氣量及開關量信息，由中央單元根據(jù)微電網(wǎng)實時運行狀態(tài)及網(wǎng)絡結構計算出各終端保護的整定值。二是充分利用信息采集系統(tǒng)獲取全網(wǎng)故障信息，由中央單元保護模塊通過矩陣算法、遺傳算法、模糊理論等算法或理論確定故障點，再向與故障點相連的斷路器對應的中斷單元發(fā)送跳閘指令，從而實現(xiàn)故障隔離。

基于相鄰信息交互的保護的研究成果目前還尚未達到配電網(wǎng)線路保護的水平，目前主要是通過通信方式獲取相鄰故障點信息，就地判斷是否動作的隔離故障保護方法，以彌補基于全網(wǎng)信息交互保護存在的不足，滿足快速性的要求。

1.2以傳統(tǒng)電網(wǎng)保護技術為基礎的保護方法

傳統(tǒng)電網(wǎng)保護方法主要有：三段式電流保護、反時限過流保護、低電壓保護。在微電網(wǎng)中，可以根據(jù)微電網(wǎng)實際運行情況對傳統(tǒng)電網(wǎng)保護方法從電流、電壓、距離三個方面進行改進。

將低電壓、序分量、故障分量以及阻抗等故障特征量引入微電網(wǎng)保護中：根據(jù)故障后距離故障位置越近的節(jié)點電壓幅值越低這一原理，提出加權邊長以及邊電壓的概念，進一步提出基于邊電壓的微電網(wǎng)保護方案，即將測量阻抗和本線路阻抗構成加權邊長用于基于邊電壓的反時限保護；將低電壓因子加入電網(wǎng)中常見的反時限過電流保護電流，利用故障后保護安裝處電壓與故障的關系，提高傳統(tǒng)反時限過電流保護的動作速度。

除對電網(wǎng)保護改進外，還可通過限制接入的分布式電源容量或增加限流電抗器限制微電網(wǎng)中短路電流，達到不改變原有保護配置或保護定值的目的。這類保護方案衍生于傳統(tǒng)電網(wǎng)保護，在一定程度上避免了微電網(wǎng)靈活運行的影響，但是從目前的改進方案來看，仍受傳統(tǒng)保護思路的影響，可靠性和選擇性都存在不足。

2 專利分布

針對微電網(wǎng)安全保護技術，作者對全球范圍內及的專利申請進行了檢索。對該領域的專利申請分別從申請量年度分布、等角度進行統(tǒng)計分析。

2.1申請量年度分布

專利年度申請量趨勢能夠在一定程度上反映技術受關注的程度和技術發(fā)展趨勢，從2007到2011之間微電網(wǎng)安全保護方面的專利申請量增長緩慢，尤其是2009年以前相關的專利申請量極少，微電網(wǎng)安全保護技術并沒有得到人們的重視。但是從2011年開始至2016年微電網(wǎng)安全保護技術方面的專利申請量成直線式的快速上升，2016年微電網(wǎng)安全保護方面的專利申請量達到頂峰為432件。其中，相關專利申請快速增長的原因之一，國家電網(wǎng)在微電網(wǎng)方面投入了大量的研究，加速了微電網(wǎng)安全保護的發(fā)展，并積極進行了專利布局；原因之二，2011年8月，國網(wǎng)電科院微電網(wǎng)技術體系研究項目通過驗收，該項目首次提出了中國微電網(wǎng)技術體系，對我國微電網(wǎng)不同發(fā)展階段提出了積極的意見和建議，推動了微電網(wǎng)技術的發(fā)展。

2.2申請區(qū)域分布

微電網(wǎng)安全保護領域的專利申請區(qū)域主要為北京、江蘇、廣東、山東、上海、天津、浙江、湖南等地區(qū)。其中，北京向國家知識產權局提交的專利申請量最多，共計383篇，江蘇的專利申請量為214篇，廣東的專利申請量為157篇，山東的專利申請量為117篇，上海的專利申請量為106篇，天津的專利申請量為91篇，浙江的專利申請量為84篇，湖南的專利申請量為59篇?？梢钥闯?，北京向國家知識產權局提交的專利申請量最多，這是由于北京聚集了我國各大企事業(yè)單位總部、大學、研究所，科研資源豐富，研究團隊強大，所以北京地區(qū)的申請量自然也為全國最高。

2.3國內重要申請人分析

微電網(wǎng)安全保護領域的主要申請人有：國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、天津大學、華北電大、許繼集團、華南理工、湖南大學、東南大學、山東大學、中國能源建設等。其中，國家電網(wǎng)的申請量最大，遠超過其他申請人的申請量，基本與其他各申請人申請量的總和持平，顯示出國家電網(wǎng)對微電網(wǎng)保護領域專利布局的重視。在2010年之后，國家電網(wǎng)每一年的申請量也是最多的，2015年達到公開量的頂峰，2016年的公開量有半數(shù)的衰減。而對于其他的企業(yè)，例如南方電網(wǎng)、天津大學、華北電大和許繼電氣等企業(yè)，其專利申請量相差不大，在2010年以后其專利申請量與國家電網(wǎng)的申請量相比逐漸拉開了較大的距離。微電網(wǎng)安全保護專利布局近些年總體來說比較穩(wěn)定，專利布局已經(jīng)過了鼎盛期，總體有衰減的跡象。

3 趨勢預測

微電網(wǎng)的安全保護作為微電網(wǎng)發(fā)展所必需的保障性技術，其快速發(fā)展的勢頭在未來仍將保持，與傳統(tǒng)電網(wǎng)的安全保護理論相比，微電網(wǎng)的保護對于智能化的需求更高，因而智能化是微電網(wǎng)的安全保護發(fā)展的必由之路，與此同時，隨著智能化的發(fā)展，通信網(wǎng)絡在微電網(wǎng)的安全保護中的應用也是必不可少，但完全依賴通信網(wǎng)絡會使得微電網(wǎng)中海量信息的處理會影響保護的快速性進而影響大電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因而基于分層或分區(qū)的理念而得到的部分依賴通信手段的微電網(wǎng)的保護方式將會是重要的發(fā)展趨勢，而基于此方式如何設計出有效的控制算法或是硬件設備提升并離網(wǎng)狀態(tài)轉換的穩(wěn)定性以及保護的快速靈活性將會是未來的研究重點。

參考文獻：

[1]《智能微電網(wǎng)控制技術》，李一龍，北京：北京郵電大學出版社，2017年10月。

[2]微電網(wǎng)運行控制與保護技術》，黃偉，張建華，北京：中國電力出版社，2010年7月。