許慶婷 周 香

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

大規(guī)模海上風(fēng)電會(huì)對(duì)柔性輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)［1］，尤其是在故障工況下，風(fēng)電場(chǎng)的波動(dòng)會(huì)對(duì)直流母線造成沖擊［2］。為提高風(fēng)電場(chǎng)及電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性［3］，需要提高風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)MMC-HVDC聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的故障穿越能力。當(dāng)受端的交流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，直流線路的送電端和受電端將出現(xiàn)不平衡功率，導(dǎo)致直流側(cè)電壓升高，投入耗能裝置可以消耗交流系統(tǒng)故障期間過(guò)多的能量，是解決岸上交流系統(tǒng)故障情況下的海上風(fēng)電場(chǎng)故障穿越難題的最有效途徑。

本研究主要以CNABS、CNTXT 專利數(shù)據(jù)庫(kù)和DWPI、VEN 專利數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索結(jié)果為分析樣本，對(duì)應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置的發(fā)展進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)分析?？偨Y(jié)了應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置相關(guān)的國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)、專利區(qū)域分布和主要申請(qǐng)人，并針對(duì)應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置的專利發(fā)展方向進(jìn)行了分析。

1 中國(guó)專利申請(qǐng)狀況

本節(jié)以中文專利庫(kù)CNABS 的檢索結(jié)果為分析樣本，主要對(duì)中國(guó)應(yīng)用于海上風(fēng)電耗能裝置技術(shù)專利申請(qǐng)狀況的趨勢(shì)及專利重要申請(qǐng)人進(jìn)行分析，了解國(guó)內(nèi)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

中國(guó)專利申請(qǐng)總體趨勢(shì)如圖1 所示。國(guó)內(nèi)在海上風(fēng)電耗能裝置的研發(fā)始于2010 年，但在2017年之前國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量較少，處于萌芽期。從2017 年開(kāi)始，專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)連續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，技術(shù)發(fā)展得到了一定提升，整體技術(shù)處于平穩(wěn)發(fā)展期。這也表明了該階段海上風(fēng)電耗能裝置技術(shù)逐漸被人們所重視，研究逐漸增多。近年來(lái)中國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中所占的比重逐漸增加，進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。為了應(yīng)對(duì)大規(guī)模風(fēng)電的接入，確保風(fēng)電接入后電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性與穩(wěn)定，海上風(fēng)電耗能裝置技術(shù)已逐漸受到國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的關(guān)注。

圖1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

1.2 專利申請(qǐng)區(qū)域分布情況

中國(guó)專利申請(qǐng)區(qū)域分布如圖2 所示。中國(guó)的重要申請(qǐng)人主要來(lái)自江蘇、北京和陜西，占比分別為23%、20%和16%。經(jīng)進(jìn)一步檢索，江蘇的主要申請(qǐng)人是南瑞集團(tuán)和高等院校，研發(fā)力量較為集中。北京的主要申請(qǐng)人是國(guó)家電網(wǎng)、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院和高等院校。而陜西的主要申請(qǐng)人是特變電工有限公司和西安許繼集團(tuán)。

圖2 專利申請(qǐng)區(qū)域分布

1.3 主要申請(qǐng)人分析

中國(guó)專利主要申請(qǐng)人如圖3 所示。從分布情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人為南瑞、特變電工、西安許繼、國(guó)家電網(wǎng)等。由此可知，國(guó)內(nèi)對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置技術(shù)的研究企業(yè)較為集中，電網(wǎng)企業(yè)居多。該領(lǐng)域目前還沒(méi)有國(guó)外申請(qǐng)人進(jìn)軍國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)具有很大的發(fā)展空間。

2 國(guó)外專利申請(qǐng)狀況

本節(jié)主要對(duì)國(guó)外應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置的技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)及重要申請(qǐng)人進(jìn)行分析，從中得到技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［4］，以及各階段專利申請(qǐng)人所屬的國(guó)家分布和主要申請(qǐng)人。

2.1 專利申請(qǐng)總體趨勢(shì)

國(guó)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)如圖4 所示。由圖4 可知，1990 年之前為萌芽期。該階段屬于海上風(fēng)力發(fā)電的萌芽階段，期間的申請(qǐng)量較少，技術(shù)發(fā)展速度持續(xù)維持在較低水平，未形成規(guī)模效應(yīng)。1991—2015 年為平穩(wěn)發(fā)展期。應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置技術(shù)得以被具有前瞻性的研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)所逐步重視，其專利申請(qǐng)量也隨之呈現(xiàn)略微遞增和波動(dòng)的趨勢(shì)，基本進(jìn)入良性穩(wěn)定發(fā)展階段，但年申請(qǐng)量總體未有明顯突破。2015 年至今為快速增長(zhǎng)期。隨著海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)越來(lái)越廣泛，應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置技術(shù)越來(lái)越受到業(yè)界關(guān)注，2015 年以后，該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量也出現(xiàn)明顯快速增長(zhǎng)，這表明在各國(guó)政策大力扶持和各大企業(yè)的高資金投入研發(fā)下，海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置技術(shù)得到了快速發(fā)展。

圖4 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

2.2 專利申請(qǐng)區(qū)域分布情況

國(guó)外專利申請(qǐng)區(qū)域分布情況如圖5 所示，從專利技術(shù)的國(guó)家/地區(qū)來(lái)源來(lái)看，日本申請(qǐng)的專利數(shù)量最多，接近全部專利的三分之一，可能是由于日本海洋能量資源豐富且能源緊缺；其次是歐洲，專利申請(qǐng)的份額為22%，位列第二；美國(guó)和韓國(guó)緊跟其后，專利申請(qǐng)的份額均為15%。

圖5 專利申請(qǐng)區(qū)域分布

2.3 主要申請(qǐng)人分析

國(guó)外主要申請(qǐng)人分析如圖6 所示，國(guó)外申請(qǐng)人申請(qǐng)量排名前7 位分別為：三菱電機(jī)株式會(huì)社、西門子公司、松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、富士電機(jī)控股株式會(huì)社、維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司、通用電氣公司、通用電器技術(shù)有限公司。日本三菱電機(jī)株式會(huì)社的申請(qǐng)量最多，其次是西門子公司和維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司。

3 耗能裝置技術(shù)分析

3.1 耗能裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對(duì)應(yīng)用于海上風(fēng)力發(fā)電的柔性輸電系統(tǒng)上的耗能裝置進(jìn)行進(jìn)一步檢索，發(fā)現(xiàn)關(guān)于耗能裝置的研究起步較晚。從相關(guān)專利分析來(lái)看，大多申請(qǐng)側(cè)重于對(duì)耗能裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。早期，耗能裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，由開(kāi)關(guān)+耗能電阻組成，后又逐漸出現(xiàn)串聯(lián)開(kāi)關(guān)+集中耗能電阻結(jié)構(gòu)、分布式耗能電阻結(jié)構(gòu)及其組合等［5-6］。其中，特變電工近幾年繼續(xù)開(kāi)展耗能裝置的改進(jìn)研究，值得關(guān)注。

3.2 耗能裝置的安裝位置

耗能裝置的安裝位置主要有以下四種情況：海上交流側(cè)、海上直流側(cè)、陸上交流側(cè)和陸上直流側(cè)。將耗能裝置安排在海上，能夠隔離交流系統(tǒng)和高壓直流電纜的故障，但維修比較困難，修建和維護(hù)成本較高，增加了海上平臺(tái)的負(fù)擔(dān)。通過(guò)對(duì)專利技術(shù)的梳理可知，現(xiàn)在耗能裝置安裝位置的研究焦點(diǎn)大多聚集在陸上直流側(cè)。將耗能裝置安裝在陸地上，不占用海上高壓直流轉(zhuǎn)換器平臺(tái)的空間，是較為經(jīng)濟(jì)的方式［7-8］。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，對(duì)應(yīng)用于海上風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)的耗能裝置的發(fā)展情況和發(fā)展趨勢(shì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。現(xiàn)有技術(shù)主要圍繞耗能裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法和安裝位置展開(kāi)研究，且大多都用的是晶閘管+耗能電阻，或者全控器件+集中式電阻的耗能裝置，耗能裝置大多為直流耗能裝置。耗能裝置存在依賴電流過(guò)零點(diǎn)關(guān)斷、功率控制精度不高等問(wèn)題，改進(jìn)耗能裝置的拓?fù)浜屯肚锌刂品椒ǎ栽鰪?qiáng)故障穿越能力，仍是今后值得研究的方向。