本站小編為你精心準備了淺談電力電子變壓器技術專利參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

電力電子變壓器

電子電力變壓器（powerelectronictransformer，PET）是一種新型智能電能變換設備，融合了電力電子變換技術，采用高頻隔離的中間直流環節，可實現原邊和副邊的靈活控制。與傳統電力變壓器相比，其突出的特點是輸入電流、輸出電壓可調，功率因數可控。電子電力變壓器可用于電力系統以提高系統的可控性和改善電能質量。PET一般應用于中、高壓大功率的場合，在智能電網的建設中，PET將會在電能質量、智能供電、新能源發電并網領域發揮重要作用。為了全面分析國內外電力電子變壓器技術的發展，研究利用incoPat科技創新情報平臺進行專利檢索，共檢索到31556件專利，其中，中國專利5880件，檢索日期截止到2018年12月31日。通過全球電力電子變壓器相關專利的統計分析，重點分析技術發展趨勢、國內外技術側重差異、國家或地區技術優勢，以及全球主要創新主體的專利申請情況，有助于把握世界電力電子變壓器技術的熱點領域和未來的發展方向，為我國電力電子變壓器技術的研究開發決策提供支持和依據。全球專利申請趨勢分析

電力電子變壓器的專利申請趨勢如圖1所示，電力電子變壓器基礎元器件的相關專利申請始于1909年，電力電子變壓器的發展可以分為萌芽期、第一發展階段、技術調整期、第二次發展階段四個階段。萌芽期（1909~1970年），這一時期的專利申請主要集中在整流器上，其次是逆變器，斬波器也有少量涉及。1958年首次出現的商用晶閘管，標志著電力電子技術的誕生。1970年，美國通用公司的W.McMurray首先提出的一種具有高頻鏈接AC/AC的變換電路，為電力電子變壓器的發展奠定了基礎。第一發展階段（1970~1990年），這一階段多數專利是針對AC/AC變換器的不同拓撲結構進行了深入的研究，專利申請量迅速上漲，研究重點為電力電子變壓器的實現方案及電路的拓撲結構。技術調整期（1990~2000年），這一時期大功率電力電子器件和高壓大功率變換技術的發展遇到了瓶頸，早期提出的電力電子變壓器的相關設計方案均不能進入實用化，導致專利申請數量出現了一定程度的下降。第二發展階段（2000~2018年），針對工業配電系統的電力電子變壓器有了新的研究進展，不斷提出了新的技術方案，并制作出了與配電系統電壓等級相當的實驗樣機。2000年以后，專利申請出現了新的熱潮，特別是2010~2015年之間高速增長。這一時期，國外在該領域取得了一些新突破，提出了新的技術方案，如美國ABB公司與各科研高校合作完成了10kVA，7200V/240V的實驗樣機。之后的研究集中于結構簡單、體積較小的AC/AC變換結構的PET。目前，交－直－交－直－交型雙直流環拓撲是國內外研究最具代表性的電力電子變壓器拓撲結構。

國內外技術構成對比分析

技術分解

電力電子變壓器主要包括電力電子變換器、高頻變壓器和柜體等組成部分。為了實現電力電子變壓器的穩態控制、可靠運行，起到輔助功能的自保護、故障診斷越來越受到重視。隨著目前市場對電網的安全可靠性要求越來越高，本領域對于電能質量控制技術關注度不斷增加，因此將電能質量控制技術、自保護、故障診斷一起列為二級分支。其中，因為柜體只是起到保護的作用，相關研究較少，不做分析；高頻變壓器不是決定電力電子變壓器技術先進程度的主要因素，故本文沒有對其展開詳細分析。三級分支電力電子變換器和電能質量控制技術，做了進一步的分解，將電力電子變換器分為整流器、交流—交流變換器、逆變器、濾波器、直流斬波器、拓撲結構六個組成部分；將電能質量控制技術分為柔性交流輸電系統（FACTS）和配電交流輸電系統（DFACTS），技術分解表詳見圖2。國內外技術構成對比全球范圍內，電力電子變換器方面的專利比重最大（72.6%），申請量為23630件，是本領域研究的重點；其次是電能質量控制技術，專利申請為7516件，占全球專利申請總量的22.3%。故障檢測、自保護技術兩方面的專利申請分別約占申請總量的2.2%、2.27%。中國專利申請中，電能質量控制技術專利申請量最大，為3346件，占中國專利申請總量的56.90%，特別是DFACTS的占比具有明顯優勢；電力電子變換器方面的專利申請量位于第二位，為2074件，占中國專利申請總量的35.27%；其次，中國在故障診斷方面占國內申請總量的10.97%，相比全球來說，中國更加注重故障檢測方面的研究。中國在自保護方面與全球的比較接近，說明中國在自保護方面的發展也相對緩慢。綜合分析來看，中國和全球均比較關注電力電子變換器和電能質量控制技術，但是從進一步的分支領域來看，全球更關注的是電力電子變壓器中的整流器、逆變器等電子元器件的研發，而中國更關注在DFACTS技術方面的應用。中國與全球的技術側重的區別，一方面是因為全球范圍內電力電子變換器的研究起步較早，前期已經積累了大量的專利；另一方面與中國出臺的產業政策有關，國務院（2006～2020年）《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》將“超大規模輸配電和電網安全保障”列為重點領域與優先主題之一，并強調要“重點研究開發大容量遠距離直流輸電技術和特高壓交流輸電技術與裝備”，在政策的引導下中國在電能質量控制方面的專利最多，也說明隨著電力系統的發展及負荷的增大，大規模電力網絡穩定安全運行成為中國近年來研究的熱點之一。

全球專利分布及技術流向

某一國家或地區的專利申請，可由本土申請人在本國申請的專利構成，也可由其他國家的申請人在該國家或地區布局的海外專利。因此，某一國家的專利申請量，一方面能夠體現該國家或地區的技術發展程度，另一方面，結合專利申請的技術流向數據，能夠體現該國家或區域在本行業中的市場地位。

技術優勢國家分布

為了解各國家或地區的技術創新實力，統計分析了各國家或地區的專利技術產出量，結果如圖3所示。從圖中可以看出，電力電子變壓器技術領域的專利申請主要來源于日本、中國、美國和德國。進一步分析申請量排名前四位的國家，專利申請趨勢如圖4所示，從圖中可以看出中國自1985年建立專利制度以來，到2008年申請量都比較少（年平均申請量80件左右），2008年之后，申請量迅速上升，2016年申請量接近1000件，說明中國越來越重視PET技術的研究和開發；日本從70年代開始大量申請專利，申請量在1990達到高峰（486件），在早期就已經形成了雄厚的技術積累，日本的三菱電機在大容量變壓器的設計和制造領域位居世界前列，擁有75多年的變壓器生產歷史，其產品獲得很高的聲譽和廣泛的接受度。美國和德國的趨勢是類似的，起步很早，其專利申請量穩步增加，2010年之后增速很快。全球專利申請的技術流向專利申請流向是指相同的技術方案除了在申請人本國進行申請之外，同時向其他國家或地區進行專利申請。專利申請的流向國表明了申請人在哪些國家進行了專利布局，從專利流向的數量可以看出申請人的技術數量以及在該國家或地區的重視程度。分析專利技術流向，可以了解該國申請人的專利布局概況。根據電力電子變壓器主要生產企業的分布，將電力電子變壓器的技術流向地區分為日本、中國、美國、德國、韓國及瑞士六個國家，如圖5所示。各國申請人均首先在本國進行專利布局，排名首位的日本80%以上專利在本國申請；中國海外布局不足5%，海外布局意識薄弱；美國、德國海外布局50%~70%，主要在EPO、WIPO；各國在海外的布局中，美國最多，說明美國的競爭市場相對較強；瑞士比較注重海外布局，海外布局接近70%

國內外主要申請人

全球主要申請人

通過統計全球電力電子變壓器方面的專利申請量，得出全球前十位申請人，如圖6所示，分別是三菱、西門子、東芝、富士電機、日立、通用電氣、松下、國家電網、施耐德電氣和明電舍，均為世界范圍內著名的電子電氣工程企業，其中6家企業屬于日本，且排在首位的三菱也為日本企業，由此可知，日本在電力電子變壓器領域的技術實力在全球范圍內處于領先水平。

中國主要申請人

圖7為中國電力電子變壓器領域主要申請人排名，可以分為企業、大專院校和科研機構三類，其中企業型申請人有五位，分別為國家電網公司、艾默生、國網江蘇省電力公司、南瑞集團和廣東易事特電源股份有限公司，高校和科研院所的申請人有五位，分別為中國電力科學研究院、東南大學、華北電力大學、湖南大學和上海交通大學。從圖中可以看出、排名第一的國家電網公司總數為606件，遠遠超過其他申請人，其專利申請主要集中在電能質量控制技術、電力電子變換器和故障診斷技術，說明國家電網公司在電力電力變壓器技術領域處于領先地位；排名第二位的美國的艾默生公司也是在華布局數量最多的國外企業。

結語

全球PET的整體申請呈現穩定增長的態勢，2000年之后增長迅速，全球尚未形成明顯的市場競爭態勢。日本專利申請量位于全球首位，全球前十位申請人中日本企業占6個。中國申請量位居第二位，目前尚處于研究示范階段，國內沒有形成激烈市場競爭。全球的研究熱點為整流器、斬波器、逆變器、拓撲結構和DFACTS；中國的研究熱點為DFACTS技術、拓撲結構。特別是，近兩年發現DFACTS分支申請量遙遙領先于其他分支，故障診斷作為新興的技術發展方向，國內形成一定的技術積累。我國電力發展“十三五”規劃，將“升級改造配電網，推進智能電網建設”作為重要任務，PET在分布式電源并網、改善配電網供電質量、改善電力系統動態特性以及在柔性交流輸電系統中的應用，將會對整個電網的安全穩定運行提供有力保障。中國的申請人應利用自身的優勢資源，持續加大對FACTS、DFACTS技術的研究開發，利用自身已取得的技術優勢，保持在這一方面的技術優勢；另外，電力電子變換器是電力電力變壓器的核心，是電力電子變壓器發展的基石，我國電力企業行業還需要拓寬產業鏈，開發耐受電壓高，開關頻率大以及載流能力強的電子器件，擺脫國外企業利用核心電子元器件制約中國企業發展的困境。

作者：尹麗梅 唐恒 單位：江蘇匯智知識產權服務有限公司