高压直流输电系统保护专利技术综述

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　　摘  要：文章主要分析了直流输电系统中最重要的两个保护区——线路保护领域和换流器保护领域的专利申请现状，梳理了上述两个领域全球专利申请趋势、重要申请人、技术分支、技术演进以及核心专利，期望该综述能够帮助相关领域审查员全面了解线路和换流器保护领域的发展历程和热点技术发展状况，以提高检索效率和审查效率。
　　关键词：直流输电线路;换流器;保护策略
　　中图分类号：T-18          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）19-0021-02
　　Abstract： This paper mainly analyzes the current situation of patent applications in the two most important protected areas of HVDC system： line protection and converter protection. This paper traces the global patent application trends， important applicants， technical branches， technology evolution and core patents in the above two fields. It is expected that this review can help examiners in related fields to fully understand the development process and hot technology development in the field of line and converter protection， in order to improve the efficiency of retrieval and examination.
　　Keywords： DC transmission line; converter; protection strategy
　　1 概述
　　根據国家电网公司在2003-2008年的统计，在发生的103次单双极闭锁中，主要原因集中在直流线路和控制保护系统，在2008年由于直流线路故障而引起的闭锁的概率高达44%[1]。南方电网公司在2008-2011年统计的引起直流系统计划停运的原因主要为换流器和直流输电线路[2]。因而，在直流输电系统中的线路保护和换流器保护应引起足够的重视。
　　2 专利申请现状
　　参照图1，直流输电线路保护领域的专利申请量一直高于换流器保护领域，造成这样的原因可能是：一方面是由于直流输电系统的输电距离较远，面对更多复杂的环境因素，故障发生概率较高，科研技术人员根据故障情况积累的相关保护经验较多;另一方面得益于我国交流输电保护技术在国际上的领先水平，在对直流线路保护的线路故障判定和测距方面具有一定的借鉴作用。
　　对全球1999-2017年的申请量进行统计。全球总申请量在2005年之前都处于低迷趋势，申请数量较少。而在2005年以后，申请数量逐渐增加，并保持着稳定的增长速度。在2013年，全球总申请量达到一个顶峰，维持两年后在2016年申请数量略有下降。其中，中国在直流输电线路和换流器保护领域的申请数量也不断增加，在全球申请总量所占的百分比也是逐年增加。
　　在2005年我国开始筹备自主研发、自主设计的特高压输电技术工程，向家坝-上海±800kV特高压直流线路项目在2008年底开工并于2010年7月8日投入运行，这也对应了在2005年和2008年申请趋势发生变化的年份。
　　虽然，中国的高压输电工程起步要晚于邻居俄罗斯以及西方各国，然而自我国第一条高压直流输电——舟山直流输电工程起步以来，我国陆续建设了葛洲坝-南桥（上海）、天成桥-广州等直流输电工程，在“十五”期间便计划了7条直流输电线路，并在国家电网启动特高压输电项目以来更加重视直流输电工程。国外电力设备重点厂商西门子、ABB等公司在专利布局时均会向中国提出专利申请。同时，随着我国技术水平和国民知识产权意识的觉醒，国内申请的数量也是逐年递增。因此，现在我国已经是直流输电领域专利大国。
　　3 重点专利分析
　　3.1 换流站保护领域重点专利
　　专利US4872100A涉及了一种具有过流保护、欠压闭锁功能的高压DC-AC逆变器（参见图2），在T0被短路后，经过过流比较和中间晶闸管的工作，最后关闭晶闸管Q1、Q2，以防止过流故障范围的扩大。虽然技术方案较为简单，且灵敏度和抗干扰性差，但为后面的保护研究提供了理论基础。
　　3.2 直流输电线路保护领域重点专利
　　专利CN101232177A公开了一种高压直流输电线路距离保护方法，该方法建立在时域分布参数模型基础上，根据保护安装处的电压、电流量，用输电线路分布参数模型计算保护范围末端的电压、电流量;利用保护范围末端的电压、电流量，建立集中参数RL模型下的测距方程;用最小二乘法求解得到故障距离，然后判断是否为区内故障。
　　4 结束语
　　经过专利申请量和申请人的布局分析，可发现早期核心专利、专利布局和申请量都掌握在外国公司手里，而中国的专利申请数量大致在2005年开始增加，且申请人主要是国有电力企业。针对于直流输电线路保护领域，国内申请人在保护原理以及算法改进方面有大量的研究，转化为专利进行保护的仅是其中的部分成果，而这部分专利成果中在实际工程应用的也少之又少。但针对直流输电线路和换流器保护领域的专利申请趋势来看，我国所涉及到的核心技术越来越多。
　　参考文献：
　　[1]喻新强.国家电网公司直流输电系统可靠性统计与分析[J].电网技术，2009，33（12）：1-7.
　　[2]张蔓，张鹏，郑望其，等.南方电网公司直流输电系统可靠性分析[J].南方电网技术，2014，8（02）：15-18.
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