基于专利视角的智能电网技术发展态势研究

谭芳香，侯圣君，吴 敏，吴丽芳，黄华钦

（1.广西知识产权发展研究中心，广西 南宁 530029；2.广西电网有限责任公司，广西 南宁 530023）

0 引言

智能电网是将现代传感测量技术、通信技术、计算机技术、电力电子技术、新材料技术、可再生能源发电技术与输配电基础设施高度集成的新一代电力系统，被认为是推动经济发展和产业革命，实现可持续发展的新基础和新动力[1-2]。智能电网更加清洁、高效、安全、经济，是未来智能城市建设的重要基础[3]。加快发展智能电网，是发展战略性新兴产业，推进高新技术产业化的重要内容[4-5]。因此，开展智能电网技术创新与专利战略的研究，对电力行业创新发展具有重要的现实意义。

本文基于专利分析的视角，系统分析国内外智能电网相关专利技术发展趋势、专利技术行业分布、主要申请人和技术构成等情况，从宏观上把握该技术的发展趋势和专利分布态势。重点阐述智能电网竞争态势和技术发展热点等内容，为电网企业确立研发方向和规避关键技术的专利侵权风险提供参考，指导企业将智能电网专利技术更广泛应用在电力、电动汽车等领域，以提高企业技术创新和市场竞争力。

1 专利申请趋势分析

采用中英文关键词和国际专利分类号相结合的检索方法，检索截止到2019年12月，在Incopat数据库中检索到全球智能电网的专利申请共54 705件，其中中国专利35 483件，占比64.88%。得到初步检索结果后，通过人工筛选、同族合并等进行数据清洗和标引获得最终结果，并以此开展进一步的分析。智能电网专利申请近20年变化趋势如图1所示。

图1 智能电网专利申请近20年变化趋势

从智能电网近20年专利申请趋势来看，专利总体呈上升趋势，2008年以前专利年申请量较少，这一期间以传统电网技术为主；2009年起智能电网技术步入快速发展时期[6]，专利申请量呈爆发性增长，2017年专利申请量达到峰值8 074件。近年来，智能电网政策持续加码，助力行业发展。由于发明专利申请存在18个月的公开滞后期，专利申请数据公布存在滞后期，图1中2018—2019年数据会小于实际数据，仅供参考，专利申请并未出现下降趋势。国家发改委和能源局在《促进智能电网发展的指导意见》中提出，到2020年初步建成安全高效、智能兼容、节能环保、供需互动的智能电网体系，积极应对全球性环境和能源挑战，全面支撑现代能源体系建设，提升智能电网装备体系的核心竞争力[7]。

2 专利技术领域分布

全球近5年智能电网专利技术研究热点如图2所示。由图可见，近5年全球智能电网在继电保护测试、可再生能源关键技术、储能系统、机械开关以及数据收集专利布局量较大，是智能电网研发的技术热点。国内智能电网技术主要专利布局如图3所示。由图可见，国内智能电网技术专利的布局领域主要在监控系统、智能变电站、储能系统等。

图2 全球近5年智能电网专利技术研究热点

图3 国内智能电网技术主要专利布局

通过利用Incopat系统，以引证频次、同组数量、文本聚类、权利要求、专利诉讼等多个指标构建核心专利识别框架图，进行核心专利及核心技术领域的识别研究。研究智能电网专利涉及的主要技术，以确定出各发展阶段的代表专利，描绘出国内智能电网专利技术演进路线，如图4所示。早期的智能电网技术主要涉及综合应用云计算、云会商、高清晰视频会商及无线通信网络等技术的电力调度云会商方法和装置；到了2014年，智能电网的研究方向逐步转向安全监控系统领域，如“一种智能电网嵌入式设备网络攻击诱捕系统和诱捕方法”；2017年，智能电网开始在信息安全与运维关键技术等领域进行专利布局，如“一种智能电网中实现继电保护运维信息多维发布系统”；2018年，智能电网专利技术布局主要集中在故障电流限制技术领域，如“含微电网的智能配电网潮流控制、故障处理方法及装置”，该专利公开了涉及含微电网的智能配电网潮流控制、故障处理方法及装置，保证了配电网系统潮流方向的稳定，降低了配电网系统故障处理难度；2019年，智能机器人巡检系统专利技术研究较多，如“一种基于智能机器人的电网事故事件分析方法及系统”，该发明公开的一种基于智能机器人的电网事故事件分析方法及系统，通过对机器学习原理的解析和应用，特别是决策树算法跟电网事故事件回溯的结合应用，大大提高了电网事故事件回溯效率性、客观性和可靠性，从而提高事故事件处置效率和减少后续风险发生的可能性。

图4 国内智能电网专利技术演进路线

综上所述，储能系统、智能变电站关键技术以及信息安全与运维关键技术、故障电流限制技术、智能巡检机器人已成为国内外智能电网研发的技术热点；储能技术领域主要围绕可再生能源发电接入技术开展专利布局，重点研究可再生能源接入电网安全稳定控制系统、分布式储能装置（蓄电池储能、超导储能、飞轮储能等）以及大规模储能技术（物理、电磁、电化学、相变储能等）；智能变电站领域主要围绕“新型设备、新式材料、新兴技术”，构建基于电力电子技术和超导技术应用的智能变电站，研制超导故障电流限制器、超导变压器等新型设备[8-9]实现持续创新。随着智能电网进入全面建设的重要阶段，以及我国城镇化建设的进一步推进，城乡配电网的智能化建设将全面拉开，智能电网及智能成套设备、智能配电、控制系统等领域将迎来黄金发展期[10-13]。

3 地域布局分析

全球智能电网技术专利地域分布如图5所示。由图可见，全球智能电网技术专利申请主要分布在中国，专利数量占64.88%；其次是美国和韩国，占比分别为14.32%和7.94%。主要布局国家智能电网技术领域分布如表1所示，中国在智能电网的各技术领域的专利布局均多于其他国家，其中供电或配电的电路装置或系统以及电能存储系统专利布局遥遥领先于其他国家，美国在数字信息的传输、无线通信网络技术领域布局量较大。

图5 全球智能电网技术专利地域分布

表1 主要布局国家智能电网技术领域分布

4 主要申请人分析

全球智能电网技术专利申请排名前20申请人如图6所示。由图可见，全球智能电网技术专利排名前20位申请人中，国家电网有限公司专利申请量最多，达6 845件。位列第二、第三的分别是美国高通公司、韩国三星电子。排名前20的申请人中，中国申请人占16席，其中企业占12席，高校占4席。

图6 全球智能电网技术专利申请排名前20申请人

主要申请人智能电网技术领域分布如表2所示。由表可见，国家电网有限公司主要专利布局领域在供电或配电的电路装置或系统、储能系统、企业行政管理系统、安全监控技术等领域；高通公司则在信号控制系统、无线通信网络等技术领域的布局量较大。

表2 主要申请人智能电网技术领域分布

5 结语

国内外智能电网专利申请总体处于上升趋势，2009年之后智能电网技术步入快速发展时期，各国申请人对智能电网技术的研发进入高潮，随着技术的不断深入研究，未来智能电网技术将会出现重大突破。目前国内外智能电网研发的技术热点主要集中在储能系统、智能变电站关键技术、信息安全与运维关键技术、智能巡检机器人等，国内电力行业可重点围绕可再生能源发电接入技术、超导故障电流限制器等新型装备进行技术研发，实现技术持续创新。