混合式高壓直流斷路器專利技術(shù)綜述

錢玉萍

摘 要：基于中國專利全文數(shù)據(jù)庫和德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫對混合式高壓直流斷路器的相關(guān)專利申請文獻進行檢索統(tǒng)計，并對其進行技術(shù)分解，然后對該領(lǐng)域的專利申請量的年度分布、國內(nèi)外重要申請申請人進行了統(tǒng)計，以了解該領(lǐng)域的專利申請和專利布局情況。

關(guān)鍵詞：高壓;直流;斷路器;混合式

中圖分類號：TM561 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0166-02

1 混合式高壓直流斷路器概述

20世紀(jì)80年代末，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，為了提高機械式斷路器的分?jǐn)嗨俣?，開始提出半導(dǎo)體器件與機械開關(guān)相結(jié)合的混合式直流斷路器拓?fù)鋄1]?；旌鲜街绷鲾嗦菲鞒浞掷脵C械開關(guān)通態(tài)壓降小和電力電子器件關(guān)斷速度快的優(yōu)勢，成為當(dāng)前研究熱點[2]?；旌鲜街绷鲾嗦菲骺赏ㄟ^機械開關(guān)和電力電子器件的合理組合得到，常見的拓?fù)渲饕袡C械開關(guān)與電力電子器件直接并聯(lián)、機械開關(guān)與電力電子器件先串聯(lián)再并聯(lián)及由此衍生出的其他拓?fù)鋄3]。

2 專利申請狀況分析

2.1 專利申請年度趨勢變化情況

本次檢索是在CNTXT和DWPI數(shù)據(jù)庫中進行檢索，截止到檢索日期（2018年1月31日），中國范圍內(nèi)混合式高壓直流斷路器方面已公開的專利申請總量為694件。

圖1所示，混合式高壓直流斷路器技術(shù)在我國申請的專利總量、國內(nèi)申請量以及國外來華申請量自1987年以來隨時間變化的趨勢?？梢钥闯?，專利申請量總體呈上升趨勢，國內(nèi)與國外來華申請量趨勢基本保持一致?？傮w來看，混合式高壓直流斷路器技術(shù)在中國總共經(jīng)歷了以下三個發(fā)展階段：

第一階段（1987-2000年）為萌芽期?；旌鲜礁邏褐绷鲾嗦菲骷夹g(shù)研發(fā)還處于起步階段，中國專利申請總量、國內(nèi)和國外來華申請量均較小。第二階段（2001-2007年）為穩(wěn)定發(fā)展期。專利申請保持穩(wěn)定增長，此階段國內(nèi)和國外來華專利每年申請量差別不大。第三階段（2008年至2016）為快速發(fā)展期。專利申請快速增長，中國專利總申請總量從2008年的26件左右增長到2015年最高的88件左右，其中，國內(nèi)申請從2008年的17件增長到2016年的77件，國外來華申請從2008年的9件左右到2012年最高34件，增幅明顯。2016年至今為穩(wěn)定發(fā)展期。經(jīng)過近十年的高速增長，進入2016年后，混合式高壓直流斷路器技術(shù)在中國的專利申請量開始出現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展，隨著國際知識產(chǎn)權(quán)體系建設(shè)的不斷深化，越來越多的國外申請人開始選擇以PCT申請作為進入其他國家開展專利布局的申請途徑，而PCT申請自申請日到進入相關(guān)國家，其間所需時間較之以往的巴黎公約途徑所需時間更長，從而在年申請量上反映出一定程度的回落;值得注意的是，國內(nèi)申請量在這一時期仍然有所增長，由于2016至2017年數(shù)據(jù)存在公開滯后性的原因，申請量有所下降，但從總體趨勢上可以預(yù)見國內(nèi)申請量仍然保持增長態(tài)勢。并且，從2011年開始，國內(nèi)專利申請量與國外來華專利申請量的差距逐漸增加，這與我國不斷出臺扶持政策密切相關(guān)。

2.2 中國專利申請的區(qū)域分布分析

圖2所示，混合式高壓直流斷路器技術(shù)的國內(nèi)申請與國外來華申請數(shù)量和類型的比重份額情況，可以反映在混合式高壓直流斷路器技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)外專利技術(shù)力量的對比。由圖可知，國外來華申請所占份額低于國內(nèi)申請，充分表明國內(nèi)申請人在該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量占有領(lǐng)先優(yōu)勢，這是由于近年政府政策對遠距離電力傳輸和發(fā)電技術(shù)的政策扶持力度和各個企業(yè)研發(fā)投入的增加。

在國外來華的申請中，98.88%的專利申請都是通常認(rèn)為技術(shù)含量較高的發(fā)明專利申請，實用新型僅占1.12%。而國內(nèi)專利申請中，有27.63%的專利申請是實用新型專利申請，發(fā)明專利申請占72.37%，再次反映出國內(nèi)技術(shù)與國外來華技術(shù)存在一定差距?？梢?，在混合式高壓直流斷路器技術(shù)領(lǐng)域，國外申請人相對于國內(nèi)申請人更注重通過發(fā)明專利申請來獲得較為穩(wěn)定的專利保護。需要指出的是，在混合式高壓直流斷路器技術(shù)領(lǐng)域，雖然國內(nèi)申請中實用新型專利申請的比例大于國外來華申請，但這一比例仍然小于整個中國專利申請量中的實用新型申請的比例，可見，該領(lǐng)域的專利申請的技術(shù)含量相對較高。

2.3 國內(nèi)主要申請人

圖3所示申請量趨勢變化圖可以看出，國家電網(wǎng)占據(jù)第一，且申請量遠遠超出其他申請人的申請量;西安交通大學(xué)和南京南瑞分別排位第二和第三，二者之間差別不大，實力同樣較強;整體來看申請人中，前十名里有三所企業(yè)公司和七家科研院校，由此可以看出，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化程度尚未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，需加快技術(shù)轉(zhuǎn)化，加強科研機構(gòu)、個人與公司的聯(lián)合，實現(xiàn)共贏。再結(jié)合申請量分布圖可以看出國家電網(wǎng)公司、南京南瑞和平高是目前國內(nèi)專業(yè)從事高壓直流斷路器技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)，其申請總量分別排在國內(nèi)申請人的第一、第三和第十位，其中國內(nèi)企業(yè)的申請發(fā)展趨勢較為接近，都是從起步開始逐步累積，并且大部分在2016年達到的申請量峰值。同時還應(yīng)注意到，在2014年前南京南瑞并沒有申請量，但2015年起，出現(xiàn)專利申請量的大幅攀升，表明其開始意識到在該領(lǐng)域?qū)嵤┲R產(chǎn)權(quán)保護的重要性，在這種意識的指導(dǎo)下，企業(yè)建立專職知識產(chǎn)權(quán)管理團隊，投入足夠的資金開展專利申請，從而使得其后幾年申請量保持穩(wěn)步發(fā)展。與此不同的是，科研院校類申請人如西安交通大學(xué)早在2008年左右就充分認(rèn)識到自主知識產(chǎn)權(quán)對企業(yè)生存與發(fā)展的重要性，在該領(lǐng)域便穩(wěn)步開展專利布局，并逐步增加申請量。從圖中可以看出，大部分申請人的申請量都處于一直增加的狀態(tài)，這也反映出政策影響所帶來的持續(xù)效果。

3 重點專利申請分析

基于檢索的結(jié)果和重點專利，選取1篇重點專利申請對其技術(shù)方案進行分析。

3.1? CN105281303A

現(xiàn)有的混合式直流斷路器，采用機械開關(guān)和電力電子器件混合的方式，正常運行由機械開關(guān)通流，故障時分?jǐn)鄼C械開關(guān)，利用產(chǎn)生的電弧電壓將電流轉(zhuǎn)移至并聯(lián)連接的電力電子器件支路中，然后由電力電子器件分?jǐn)嚯娏??；谠撛頂嗦菲骷葴p低了通態(tài)損耗，又提高了分?jǐn)嗨俣龋切枰褂么罅康娜仄骷?lián)，技術(shù)難度大，制造成本高，而且當(dāng)短路電流超過單個全控器件所能耐受電流峰值時，其成本將接近翻倍。本申請的技術(shù)方案在于：一種混合式高壓直流斷路器，串聯(lián)接于直流系統(tǒng)中，混合式高壓直流斷路器包括相互并聯(lián)連接的通態(tài)支路、預(yù)轉(zhuǎn)移支路、再轉(zhuǎn)移支路和耗能支路;所述通態(tài)支路包括串聯(lián)連接的至少一個快速機械開關(guān)D和包含全控器件的第一電流轉(zhuǎn)移模塊M1;所述預(yù)轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)連接的第一電感L1、第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1和包含全控器件的第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2;所述再轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)連接的第二電感L2、第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2和電容器C;所述耗能支路由非線性電阻R構(gòu)成。主要創(chuàng)新點在于：在保證足夠快的分?jǐn)嗨俣群偷蛽p耗的前提下，采用半控器件晶閘管，分?jǐn)嚯娏髂芰Υ?，耐受電壓等級高，極大程度上降低了成本。

3.2? CN103021739A

現(xiàn)有技術(shù)中由于某些特定的用電場合，因為隨著電力系統(tǒng)容量的持續(xù)增長和用電負(fù)荷的不斷增加，電網(wǎng)中的短路電流水平日益提高，短路電流峰值可達到100kA以上，且短路電流上升速率極高（超過20A/μs），短路電流峰值往往已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的機械式斷路器本身的極限分?jǐn)嗄芰?，使得斷路器無法分?jǐn)?。再者，固態(tài)開關(guān)的主要特定是分?jǐn)鄷r間短，分?jǐn)噙^程無電弧，相比較于機械開關(guān)，固態(tài)開關(guān)正常通流情況下?lián)p耗較大，發(fā)熱嚴(yán)重，需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，因此其額定承載能力有限。針對上述不足，本申請的技術(shù)方案在于：無弧開斷的混合式直流斷路器，高速真空開關(guān)（VB），LC強制轉(zhuǎn)移電路以及過電壓限制電路并聯(lián)，LC強制轉(zhuǎn)移電路由預(yù)充電電容（C）、電感（L）和電力電子門極可關(guān)斷器件串聯(lián)組成，LC強制轉(zhuǎn)移電路兩端的電壓達到過電壓限制電路的導(dǎo)通閾值時，過電壓限制電路導(dǎo)通;控制系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)電流和高速真空開關(guān)電流（iM）二者的電流值及變化率di/dt，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向高速真空開關(guān)和電力電子門極可關(guān)斷器件發(fā)出相應(yīng)的控制命令。主要創(chuàng)新點在于：混合式直流斷路器，高速真空開關(guān)、LC強制轉(zhuǎn)移電路及過電壓限制電路并聯(lián)，LC強制轉(zhuǎn)移電路具有預(yù)充電電容和電力電子門極可關(guān)斷器件?？刂葡到y(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)電流和高速真空開關(guān)電流的電流值及變化率di/dt。

4 結(jié)語

通過對混合式高壓直流斷路器專利進行統(tǒng)計分析，重點關(guān)注本領(lǐng)域的重點專利、重點申請人、申請量等信息，結(jié)果發(fā)現(xiàn)混合式高壓直流斷路器的專利技術(shù)主要掌握在美國、日本、歐洲等國家或區(qū)域。目前中國在混合式高壓直流的斷路器領(lǐng)域與發(fā)達國家的還存在差距，國內(nèi)對混合式高壓直流斷路器技術(shù)的研究還處在發(fā)展階段，近年來國內(nèi)對混合式高壓直流斷路器技術(shù)的專利申請量呈上升的趨勢，顯示出我國高校、科研院所以及企業(yè)在該領(lǐng)域具有巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻

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