基于專利視角的智能電網(wǎng)技術發(fā)展態(tài)勢研究

譚芳香，侯圣君，吳 敏，吳麗芳，黃華欽

（1.廣西知識產(chǎn)權發(fā)展研究中心，廣西 南寧 530029；2.廣西電網(wǎng)有限責任公司，廣西 南寧 530023）

0 引言

智能電網(wǎng)是將現(xiàn)代傳感測量技術、通信技術、計算機技術、電力電子技術、新材料技術、可再生能源發(fā)電技術與輸配電基礎設施高度集成的新一代電力系統(tǒng)，被認為是推動經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)革命，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新基礎和新動力[1-2]。智能電網(wǎng)更加清潔、高效、安全、經(jīng)濟，是未來智能城市建設的重要基礎[3]。加快發(fā)展智能電網(wǎng)，是發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，推進高新技術產(chǎn)業(yè)化的重要內(nèi)容[4-5]。因此，開展智能電網(wǎng)技術創(chuàng)新與專利戰(zhàn)略的研究，對電力行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

本文基于專利分析的視角，系統(tǒng)分析國內(nèi)外智能電網(wǎng)相關專利技術發(fā)展趨勢、專利技術行業(yè)分布、主要申請人和技術構成等情況，從宏觀上把握該技術的發(fā)展趨勢和專利分布態(tài)勢。重點闡述智能電網(wǎng)競爭態(tài)勢和技術發(fā)展熱點等內(nèi)容，為電網(wǎng)企業(yè)確立研發(fā)方向和規(guī)避關鍵技術的專利侵權風險提供參考，指導企業(yè)將智能電網(wǎng)專利技術更廣泛應用在電力、電動汽車等領域，以提高企業(yè)技術創(chuàng)新和市場競爭力。

1 專利申請趨勢分析

采用中英文關鍵詞和國際專利分類號相結合的檢索方法，檢索截止到2019年12月，在Incopat數(shù)據(jù)庫中檢索到全球智能電網(wǎng)的專利申請共54 705件，其中中國專利35 483件，占比64.88%。得到初步檢索結果后，通過人工篩選、同族合并等進行數(shù)據(jù)清洗和標引獲得最終結果，并以此開展進一步的分析。智能電網(wǎng)專利申請近20年變化趨勢如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)專利申請近20年變化趨勢

從智能電網(wǎng)近20年專利申請趨勢來看，專利總體呈上升趨勢，2008年以前專利年申請量較少，這一期間以傳統(tǒng)電網(wǎng)技術為主；2009年起智能電網(wǎng)技術步入快速發(fā)展時期[6]，專利申請量呈爆發(fā)性增長，2017年專利申請量達到峰值8 074件。近年來，智能電網(wǎng)政策持續(xù)加碼，助力行業(yè)發(fā)展。由于發(fā)明專利申請存在18個月的公開滯后期，專利申請數(shù)據(jù)公布存在滯后期，圖1中2018—2019年數(shù)據(jù)會小于實際數(shù)據(jù)，僅供參考，專利申請并未出現(xiàn)下降趨勢。國家發(fā)改委和能源局在《促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見》中提出，到2020年初步建成安全高效、智能兼容、節(jié)能環(huán)保、供需互動的智能電網(wǎng)體系，積極應對全球性環(huán)境和能源挑戰(zhàn)，全面支撐現(xiàn)代能源體系建設，提升智能電網(wǎng)裝備體系的核心競爭力[7]。

2 專利技術領域分布

全球近5年智能電網(wǎng)專利技術研究熱點如圖2所示。由圖可見，近5年全球智能電網(wǎng)在繼電保護測試、可再生能源關鍵技術、儲能系統(tǒng)、機械開關以及數(shù)據(jù)收集專利布局量較大，是智能電網(wǎng)研發(fā)的技術熱點。國內(nèi)智能電網(wǎng)技術主要專利布局如圖3所示。由圖可見，國內(nèi)智能電網(wǎng)技術專利的布局領域主要在監(jiān)控系統(tǒng)、智能變電站、儲能系統(tǒng)等。

圖2 全球近5年智能電網(wǎng)專利技術研究熱點

圖3 國內(nèi)智能電網(wǎng)技術主要專利布局

通過利用Incopat系統(tǒng)，以引證頻次、同組數(shù)量、文本聚類、權利要求、專利訴訟等多個指標構建核心專利識別框架圖，進行核心專利及核心技術領域的識別研究。研究智能電網(wǎng)專利涉及的主要技術，以確定出各發(fā)展階段的代表專利，描繪出國內(nèi)智能電網(wǎng)專利技術演進路線，如圖4所示。早期的智能電網(wǎng)技術主要涉及綜合應用云計算、云會商、高清晰視頻會商及無線通信網(wǎng)絡等技術的電力調(diào)度云會商方法和裝置；到了2014年，智能電網(wǎng)的研究方向逐步轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)領域，如“一種智能電網(wǎng)嵌入式設備網(wǎng)絡攻擊誘捕系統(tǒng)和誘捕方法”；2017年，智能電網(wǎng)開始在信息安全與運維關鍵技術等領域進行專利布局，如“一種智能電網(wǎng)中實現(xiàn)繼電保護運維信息多維發(fā)布系統(tǒng)”；2018年，智能電網(wǎng)專利技術布局主要集中在故障電流限制技術領域，如“含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)潮流控制、故障處理方法及裝置”，該專利公開了涉及含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)潮流控制、故障處理方法及裝置，保證了配電網(wǎng)系統(tǒng)潮流方向的穩(wěn)定，降低了配電網(wǎng)系統(tǒng)故障處理難度；2019年，智能機器人巡檢系統(tǒng)專利技術研究較多，如“一種基于智能機器人的電網(wǎng)事故事件分析方法及系統(tǒng)”，該發(fā)明公開的一種基于智能機器人的電網(wǎng)事故事件分析方法及系統(tǒng)，通過對機器學習原理的解析和應用，特別是決策樹算法跟電網(wǎng)事故事件回溯的結合應用，大大提高了電網(wǎng)事故事件回溯效率性、客觀性和可靠性，從而提高事故事件處置效率和減少后續(xù)風險發(fā)生的可能性。

圖4 國內(nèi)智能電網(wǎng)專利技術演進路線

綜上所述，儲能系統(tǒng)、智能變電站關鍵技術以及信息安全與運維關鍵技術、故障電流限制技術、智能巡檢機器人已成為國內(nèi)外智能電網(wǎng)研發(fā)的技術熱點；儲能技術領域主要圍繞可再生能源發(fā)電接入技術開展專利布局，重點研究可再生能源接入電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、分布式儲能裝置（蓄電池儲能、超導儲能、飛輪儲能等）以及大規(guī)模儲能技術（物理、電磁、電化學、相變儲能等）；智能變電站領域主要圍繞“新型設備、新式材料、新興技術”，構建基于電力電子技術和超導技術應用的智能變電站，研制超導故障電流限制器、超導變壓器等新型設備[8-9]實現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新。隨著智能電網(wǎng)進入全面建設的重要階段，以及我國城鎮(zhèn)化建設的進一步推進，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的智能化建設將全面拉開，智能電網(wǎng)及智能成套設備、智能配電、控制系統(tǒng)等領域?qū)⒂瓉睃S金發(fā)展期[10-13]。

3 地域布局分析

全球智能電網(wǎng)技術專利地域分布如圖5所示。由圖可見，全球智能電網(wǎng)技術專利申請主要分布在中國，專利數(shù)量占64.88%；其次是美國和韓國，占比分別為14.32%和7.94%。主要布局國家智能電網(wǎng)技術領域分布如表1所示，中國在智能電網(wǎng)的各技術領域的專利布局均多于其他國家，其中供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)以及電能存儲系統(tǒng)專利布局遙遙領先于其他國家，美國在數(shù)字信息的傳輸、無線通信網(wǎng)絡技術領域布局量較大。

圖5 全球智能電網(wǎng)技術專利地域分布

表1 主要布局國家智能電網(wǎng)技術領域分布

4 主要申請人分析

全球智能電網(wǎng)技術專利申請排名前20申請人如圖6所示。由圖可見，全球智能電網(wǎng)技術專利排名前20位申請人中，國家電網(wǎng)有限公司專利申請量最多，達6 845件。位列第二、第三的分別是美國高通公司、韓國三星電子。排名前20的申請人中，中國申請人占16席，其中企業(yè)占12席，高校占4席。

圖6 全球智能電網(wǎng)技術專利申請排名前20申請人

主要申請人智能電網(wǎng)技術領域分布如表2所示。由表可見，國家電網(wǎng)有限公司主要專利布局領域在供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、企業(yè)行政管理系統(tǒng)、安全監(jiān)控技術等領域；高通公司則在信號控制系統(tǒng)、無線通信網(wǎng)絡等技術領域的布局量較大。

表2 主要申請人智能電網(wǎng)技術領域分布

5 結語

國內(nèi)外智能電網(wǎng)專利申請總體處于上升趨勢，2009年之后智能電網(wǎng)技術步入快速發(fā)展時期，各國申請人對智能電網(wǎng)技術的研發(fā)進入高潮，隨著技術的不斷深入研究，未來智能電網(wǎng)技術將會出現(xiàn)重大突破。目前國內(nèi)外智能電網(wǎng)研發(fā)的技術熱點主要集中在儲能系統(tǒng)、智能變電站關鍵技術、信息安全與運維關鍵技術、智能巡檢機器人等，國內(nèi)電力行業(yè)可重點圍繞可再生能源發(fā)電接入技術、超導故障電流限制器等新型裝備進行技術研發(fā)，實現(xiàn)技術持續(xù)創(chuàng)新。