孤岛检测的专利技术分析

李爽 崔娇

摘 要：分布式能源并网的电力系统中，及时、有效、准确的检测出孤岛是电力系统保护的重要内容。本文主要针对孤岛检测的技术发展线路，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

分布式发电系统的并网运行是可以提高供电系统可靠性和灵活性。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。

微电网有本地网络负载供电（孤岛模式）和并网运行（并网模式）两种供电形式；孤岛是指在与电网并联运行的分布式并网供电系统中，电网连接端端口因故障或停电检修等原因断开与供电端口的连接时，分布式发电系统没有及时与主电网切离，形成了一个由分布式发电系统单独给本地负载供电的孤岛系统。孤岛运行又分为计划的孤岛运行和非计划的孤岛运行；非计划的孤岛运行是由不可预知的紧急故障造成并联运行的电网供电端口与用户的供电端口脱离，而分布式發电系统未能检测出该状态，没有及时自动的断开而持续向负载供电，形成了由分计划的分布式发电系统独立向负载供电的供电系统；非计划的孤岛运行可能会给电力系统的安全稳定运行带来一系列问题，如无法彻底清除故障、重合闸失败、备自投时间延长甚至失败、孤岛系统内电能质量恶化等问题，同时也会危害运维人员的人身安全。因此，及时、准确的检测出非计划的孤岛运行状态，是电力系统保护与控制的重要研究方向。

二、孤岛检测发展情况及分析

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）主要是通过无线通信检测断路器的开断状态，并且在电网侧发出载波信号，安装在DG侧的接收器将根据这些信号的变化来判断是否发生了孤岛，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，其优点是无非检测区，可靠性高，对于各种类型的逆变器的孤岛检测都有效，但是需要增加其他装置成本高、经济效率低。

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；可分为被动法和主动法两类。被动检测法从分布式电源单方面来检测孤岛，如通过检测电压、相位、频率及其变化率、谐波等基本电气量是否在允许范围之内来判定孤岛，该方法不会对系统电能质量造成影响，但是存在较大检测盲区；主动检测法通过引入扰动因素如谐波、有功、无功、频移、相差等，使其输出电压、相位、频率存在一定的扰动，使得孤岛发生后相关电气量超出门槛值，从而判定孤岛；主动式检测精度高，非检测区间较小，但是控制相对复杂，会对逆变器的主要性能造成影响，如谐波量增加、发电效率变低等。

目前的专利申请中，关于孤岛检测方法改进的申请最多，主要是对现有孤岛检测方法进行改进，以取得更好的孤岛检测效果；也有部分专利通过优化孤岛检测设备，以取得更好的孤岛检测效果。

公开号为CN108233423A的专利申请公开了一种新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法；将频率增长率的持续变化作为孤岛检测的条件之一，设置了两个频率阈值，综合考虑并网点频率值和频率增长率的持续变化情况对系统的运行状态进行判断，得到一种相对更优的自适应孤岛检测方法，能够有效区分是因系统处于孤岛运行而导致并网点频率上升还是由于交流系统频率波动导致的并网点频率波动，从而具有较高的准确性。公开号为CN107765108A的专利申请公开了一种逆变器的孤岛检测方法；在针对逆变器进行孤岛检测时，采样逆变器交流端口输出的交流电压信号；针对所述交流电压信号进行谐波分析，得到各次电压谐波和各次电压谐波的变化率；基于各次电压谐波和各次电压谐波的变化率，确定电压总谐波畸变率；在所述电压总谐波畸变率大于电压总谐波畸变率的设定阈值时，确定检测到所述逆变器发生孤岛效应；减少孤岛检测的死区，提高孤岛检测的准确率和可靠性。公开号为CN107526009A的专利申请公开了一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方；根据频率与谐波电压变化时序关系进行防误闭锁，若频率先发生变化，则判定为电网频率变化，不是孤岛导致的变化；有效地解决了电网频率偏移时谐波扰动及变压器空投等造成的误动，减小误判的可能性。上述专利申请通过对已有单一的孤岛检测方法进行改进，提高了孤岛检测的性能。

公开号为CN108445326A的专利申请公开了一种主动式无功孤岛检测方法；对主动式无功防孤岛增加一个频率检测模块进行主动检测，无须扰动量超出孤岛谐振的工作范围。公开号为CN108631353A的专利申请公开了一种微电网孤岛检测方法及系统；采集公共连接点电压，并获取相位和频率判断是否有孤岛现象发生；如果有则结束，否则进入下一步；注入扰动电流，再次采集公共连接点电压，重新判断是否有孤岛现象发生；该方法能够快速实现微电网孤岛检测，在多个分布式能源装置下依然能够保证孤岛检测的有效性，同时减小了谐波干扰。上述专利申请利用不同孤岛检测方法的优缺点，通过对已有不同的孤岛检测方法进行组合，提高了孤岛检测的性能。

公开号为CN108011359A的专利申请公开了一种用于分布式电源的孤岛保护装置，设备产权能独立于分布式电源商；通过在分布式电源的公共接入点并入降压变压器、限流电感和晶闸管组成的可控短路电路，在电网电压过零时接入电网，从而借助公共连接点在连网和脱网状态下短路容量的不同将产生不同的短路电流大小和电网电压谐波水平，实现孤岛检测的本地激励本地检测，大幅降低了系统成本和提高了检测的可靠性。上述专利申请通过对孤岛检测的装置进行改进，提高孤岛检测保护的性能。

三、孤岛检测保护技术的专利发展趋势

传统孤岛检测方法各有优缺点，现阶段关于孤岛检测的技术主要是对孤岛检测方法的优化，也有部分专利申请通过对装置的改进提高孤岛检测的性能。对于方法的优化可以大体分为两类，一种通过优化已有单一的孤岛检测方法，提高孤岛检测保护的性能；一种通过组合不同的孤岛检测方法，提高孤岛检测保护的性能。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未来发展的方向。

参考文献：

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