刘华 吉荔

摘 要：电网中潮流的变化使传统电网保护定值与方法并不适用于新的电网结构，同时分布式电源的并网运行也可能引起电网电压偏移、波动、闪边、频率变化等诸多问题，给电能质量和电网安全稳定运行带来许多隐患。微电网安全保护是微电网发展所必需的保障性技术，其直接关系到微电网的电能质量和稳定运行情况，与传统电网的安全保护理论相比，微电网保护对于智能化、快速响应的需求更高。本文主要针对微电网安全保护的技术发展路线，通过检索、统计、分析了微电网安全保护的专利申请，重点梳理了重要申请人、技术分布等状况等信息，同时阐述了重点专利的技术发展脉络。

关键词：微电网；安全保护；技术演进；专利分析

一、前言

近年来，随着电网规模的日益扩大，微电网成为国家倡导的新能源发展路径，逐渐在多个领域实现突围。无论是在离岸的海岛、偏远的边疆无人地区，还是在人群密集的都市楼宇、社区、工厂，人们越来越多的看到微电网应用的场景。在我国，微电网的发展尚处于起始阶段，但微电网的特点吻合我国电力发展的需求和方向。

微电网技术的发展历史较短，很多技术正处于研究的关键阶段。从微电网研究和实践结果来看，其技术研究主要包括分布式电源发电技术、电网控制及运行技术、电网保护技术、电网监控与能量管理、电网通信技术、电网接地技术、电网谐波治理以及电网标准制定八个方面。其中，安全保护技术是实现微电网功能的关键。微电网线路保护方法研究主要有两类：（1）以通信技术为基础，实现微电网开关状态量和电气量的共享；（2）以传统电网保护技术为基础，根据微电网故障特征对原判据进行改进，以满足微电网保护的要求。

1 微电网线路保护方法

1.1以通信技术为基础的保护方法

借助通信技术，微电网保护可以获得微电网中拓扑结构和各测量点的开关量和电气量信息，能实时根据微电网的运行状态调整动作特性，提高保护的灵敏度和可靠性。以通信技术为基础的微电网保护可分为两种类型：基于全网信息交互的保护和基于相邻信息交互的保护。

目前，基于全网信息交互的保护的研究主要有两种：一是实时采集与结构变化相关的电气量及开关量信息，由中央单元根据微电网实时运行状态及网络结构计算出各终端保护的整定值。二是充分利用信息采集系统获取全网故障信息，由中央单元保护模块通过矩阵算法、遗传算法、模糊理论等算法或理论确定故障点，再向与故障点相连的断路器对应的中断单元发送跳闸指令，从而实现故障隔离。

基于相邻信息交互的保护的研究成果目前还尚未达到配电网线路保护的水平，目前主要是通过通信方式获取相邻故障点信息，就地判断是否动作的隔离故障保护方法，以弥补基于全网信息交互保护存在的不足，满足快速性的要求。

1.2以传统电网保护技术为基础的保护方法

传统电网保护方法主要有：三段式电流保护、反时限过流保护、低电压保护。在微电网中，可以根据微电网实际运行情况对传统电网保护方法从电流、电压、距离三个方面进行改进。

将低电压、序分量、故障分量以及阻抗等故障特征量引入微电网保护中：根据故障后距离故障位置越近的节点电压幅值越低这一原理，提出加权边长以及边电压的概念，进一步提出基于边电压的微电网保护方案，即将测量阻抗和本线路阻抗构成加权边长用于基于边电压的反时限保护；将低电压因子加入电网中常见的反时限过电流保护电流，利用故障后保护安装处电压与故障的关系，提高传统反时限过电流保护的动作速度。

除对电网保护改进外，还可通过限制接入的分布式电源容量或增加限流电抗器限制微电网中短路电流，达到不改变原有保护配置或保护定值的目的。这类保护方案衍生于传统电网保护，在一定程度上避免了微电网灵活运行的影响，但是从目前的改进方案来看，仍受传统保护思路的影响，可靠性和选择性都存在不足。

2 专利分布

针对微电网安全保护技术，作者对全球范围内及的专利申请进行了检索。对该领域的专利申请分别从申请量年度分布、等角度进行统计分析。

2.1申请量年度分布

专利年度申请量趋势能够在一定程度上反映技术受关注的程度和技术发展趋势，从2007到2011之间微电网安全保护方面的专利申请量增长缓慢，尤其是2009年以前相关的专利申请量极少，微电网安全保护技术并没有得到人们的重视。但是从2011年开始至2016年微电网安全保护技术方面的专利申请量成直线式的快速上升，2016年微电网安全保护方面的专利申请量达到顶峰为432件。其中，相关专利申请快速增长的原因之一，国家电网在微电网方面投入了大量的研究，加速了微电网安全保护的发展，并积极进行了专利布局；原因之二，2011年8月，国网电科院微电网技术体系研究项目通过验收，该项目首次提出了中国微电网技术体系，对我国微电网不同发展阶段提出了积极的意见和建议，推动了微电网技术的发展。

2.2申请区域分布

微电网安全保护领域的专利申请区域主要为北京、江苏、广东、山东、上海、天津、浙江、湖南等地区。其中，北京向国家知识产权局提交的专利申请量最多，共计383篇，江苏的专利申请量为214篇，广东的专利申请量为157篇，山东的专利申请量为117篇，上海的专利申请量为106篇，天津的专利申请量为91篇，浙江的专利申请量为84篇，湖南的专利申请量为59篇。可以看出，北京向国家知识产权局提交的专利申请量最多，这是由于北京聚集了我国各大企事业单位总部、大学、研究所，科研资源丰富，研究团队强大，所以北京地区的申请量自然也为全国最高。

2.3国内重要申请人分析

微电网安全保护领域的主要申请人有：国家电网、南方电网、天津大学、华北电大、许继集团、华南理工、湖南大学、东南大学、山东大学、中国能源建设等。其中，国家电网的申请量最大，远超过其他申请人的申请量，基本与其他各申请人申请量的总和持平，显示出国家电网对微电网保护领域专利布局的重视。在2010年之后，国家电网每一年的申请量也是最多的，2015年达到公开量的顶峰，2016年的公开量有半数的衰减。而对于其他的企业，例如南方电网、天津大学、华北电大和许继电气等企业，其专利申请量相差不大，在2010年以后其专利申请量与国家电网的申请量相比逐渐拉开了较大的距离。微电网安全保护专利布局近些年总体来说比较稳定，专利布局已经过了鼎盛期，总体有衰减的迹象。

3 趋势预测

微电网的安全保护作为微电网发展所必需的保障性技术，其快速发展的势头在未来仍将保持，与传统电网的安全保护理论相比，微电网的保护对于智能化的需求更高，因而智能化是微電网的安全保护发展的必由之路，与此同时，随着智能化的发展，通信网络在微电网的安全保护中的应用也是必不可少，但完全依赖通信网络会使得微电网中海量信息的处理会影响保护的快速性进而影响大电网的稳定性，因而基于分层或分区的理念而得到的部分依赖通信手段的微电网的保护方式将会是重要的发展趋势，而基于此方式如何设计出有效的控制算法或是硬件设备提升并离网状态转换的稳定性以及保护的快速灵活性将会是未来的研究重点。

参考文献：

[1]《智能微电网控制技术》，李一龙，北京：北京邮电大学出版社，2017年10月。

[2]微电网运行控制与保护技术》，黄伟，张建华，北京：中国电力出版社，2010年7月。