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今天给大家带来的是专利分析系列之

《电力电子变压器技术专利分析》

引言：江苏汇智多次承担产业专利预警分析、专利导航分析、关键技术竞争态势分析等项目，本文是对电力电子变压器产业专利预警分析项目的成果进行梳理而得。

项目背景及意义

电子电力变压器（PET）是一种新型智能电能变换设备，与传统电力变压器相比，具有输入电流、输出电压可调，功率因数可控的特点，可大大提高系统的可控性和改善电能质量。PET在智能供电、新能源发电并网、智能电网建设中发挥重要作用。

本文利用incoPat数据库进行专利检索，共检索到31556件专利，通过专利的统计分析，从时间、地域、技术、申请人等多角度对专利数据进行剖析，研究了国内外电力电子变压器专利的申请趋势，对比了全球和中国研究侧重点的不同，以及国内外主要申请人的情况，为我国电力电子变压器技术的研发提出了对策建议。

全球专利申请趋势分析

如图1所示，电力电子变压器的专利申请趋势可以分为萌芽期、第一发展阶段、技术调整期、第二次发展阶段四个阶段。

图1：电力电子变压器全球专利申请趋势

1）萌芽期：专利申请主要集中在整流器上，1970年，美国通用公司首先提出的一种具有高频链接AC/AC的变换电路，为电力电子变压器的发展奠定了基础[5]。

2）第一发展阶段：专利申请量迅速上涨，研究重点为电力电子变压器的实现方案及电路的拓扑结构。

3）技术调整期：由于遇到了技术瓶颈，早期提出的电力电子变压器的相关设计方案均不能进入实用化，导致专利申请数量出现了一定程度的下降。

4）第二发展阶段：2000年以后，专利申请出现了新的热潮，特别是2010年-2015年之间高速增长。目前，交-直-交-直-交型双直流环拓扑是国内外研究最具代表性的拓扑结构。

国内外技术构成对比分析

技术分解

图2：电力电子变压器技术分解

为了对比国内外技术构成的不同，对电力电子变压器技术进行技术分解，如图2所示。

国内外技术构成对比

表 1 电力电子变压器技术领域各技术分支的申请量和占比情况

二级分支	三级分支	全球		中国
		申请量（件）	占比（%）	申请量（件）	占比（%）
电力电子变换器（72.6%）	整流器	10489	32.25	223	3.79
	滤波器	1331	4.09	380	6.45
	拓扑结构	2514	7.73	1286	21.8
	逆变器	4797	14.73	142	2.41
	交流-交流变换器	1382	4.25	176	2.99
	直流斩波器	3117	9.58	1136	19.32
电能质量控制技术（22.3%）	FACTS	1127	3.35	694	11.8
	DFACTS	6389	18.99	2378	40.44
自保护	——	898	2.27	124	2.11
故障诊断	——	738	2.2	645	10.97

由表1的数据统计可知：

1）全球范围内，电力电子变换器方面的专利比重最大（72.6%），是本领域研究的重点，但是从进一步的分支领域来看，全球更关注的是电力电子变压器中的整流器、逆变器等电子元器件的研发，而中国更关注在DFACTS技术方面的应用；

2）全球电能质量控制技术专利申请量位居第二，中国与全球的技术侧重存在明显区别。中国电能质量控制技术专利申请量最大，占中国专利申请总量的56.90%，特别是DFACTS的占比具有明显优势。这与中国出台的产业政策有密切关联，国务院（2006～2020年）《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“超大规模输配电和电网安全保障”列为重点领域与优先主题之一，在政策的引导下，大规模电力网络稳定安全运行成为中国近年来研究的热点之一。

3）中国在故障诊断方面占国内申请总量的10.97%，相比全球来说，中国更加注重故障检测方面的研究。中国在自保护方面与全球的比较接近，说明中国在自保护方面的发展也相对缓慢。

全球专利分布及技术流向

 

技术优势国家分布

图3：电力电子变压器全球专利区域分布

为了解各国家或地区的技术创新实力，统计分析了各国家或地区的专利技术产出量，从图3中可以看出，电力电子变压器技术领域的专利申请主要来源于日本、中国、美国和德国。

全球专利申请的技术流向

图4：电力电子变压器全球专利申请技术流向

如图4所示：1）日本、中国、美国、德国、韩国及瑞士六个国家各国申请人均首先在本国进行专利布局，排名首位的日本80%以上专利在本国申请；2）中国海外布局不足5%，海外布局意识薄弱；3）美国、德国海外布局50-70%，主要在EPO、WIPO；4）各国在海外的布局中，美国最多，说明美国的竞争市场相对较强；5）瑞士比较注重海外布局，海外布局接近70%。

国内外主要申请人

全球主要申请人

图5：电力电子变压器技术全球主要申请人

通过统计全球电力电子变压器方面的专利申请量，得出全球前十位申请人，如图5所示，分别是三菱、西门子、东芝、富士电机、日立、通用电气、松下、国家电网、施耐德电气和明电舍，均为世界范围内著名的电子电气工程企业。其中6家企业属于日本，由此可知，日本在电力电子变压器领域的技术实力在全球范围内处于领先水平。

 

中国主要申请人

图6：中国主要申请人

图6 为中国电力电子变压器领域主要申请人排名，可以分为企业、大专院校、科研机构三类，其中企业型申请人有五位，高校和科研院所类申请人有五位。排名第一的国家电网公司总数为606件，远远超过其他申请人，其专利申请主要集中在电能质量控制技术、电力电子变换器和故障诊断技术，说明国家电网公司在电力电力变压器技术领域处于领先地位；排名第二位的美国的艾默生公司也是在华布局数量做多的国外企业。

结论及建议

1）全球PET的整体申请态势呈现稳定增长的态势，2000年之后增长迅速，全球尚未形成明显的市场竞争态势。

2）日本专利申请量位于全球首位，全球前十位申请人中日本企业占3/5。

3）中国申请量位居第二位，目前尚处于研究示范阶段，国内没有形成激烈市场竞争。

4）全球的研究热点为整流器、斩波器、逆变器、拓扑结构和DFACTS；中国的研究热点为DFACTS技术、拓扑结构。特别是，近两年发现DFACTS分支申请量遥遥领先于其它分支，故障诊断作为新兴的技术发展方向，国内形成一定的技术积累。

5）我国电力发展“十三五”规划，将“升级改造配电网，推进智能电网建设”作为重要任务，PET将会对整个电网的安全稳定运行提供有力保障。

6）中国申请人应保持在FACTS、DFACTS技术上的研究开发优势，同时拓宽产业链，开发耐受电压高，开关频率大以及载流能力强的电子器件，摆脱国外企业利用核心电子元器件制约中国企业发展的困境。 

 

作者介绍

尹丽梅，医学硕士，专利代理人、江苏省知识产权工程师，知识产权领域从业5年。作为项目主要撰写人，主导申报了知识产权公共服务平台建设、高价值专利培育、专利预警分析、众创空间、专利导航、知识产权金融、软科学研究等30余项知识产权领域的项目，同时主持完成了多个项目的实施。在专利预警分析、专利导航产业发展、知识产权试点示范园区建设、企业知识产权管理等方面具有丰富的经验。