于正河 龐紅

摘要：針對智能電表的低壓集抄系統(tǒng)在發(fā)展過程中存在的技術問題，本文通過專利檢索和人工去噪，對該領域的技術構成、專利技術活躍度以及重點專利進行詳盡的分析。分析結果表明，在智能電表的低壓集抄系統(tǒng)領域，我國已經成為專利申請量第一的國家，但是核心技術急需突破，專利質量急需提升，政府部門應出臺相關政策，鼓勵高校、科研院所和企業(yè)等加大對該領域核心技術的研發(fā)投入，提高我國在該領域高質量專利的申請量。該研究為智能電表的低壓集抄系統(tǒng)的研發(fā)和專利布局提供了理論依據。

關鍵詞：智能電表; 抄表系統(tǒng); 專利檢索; 專利分析; 專利布局; 高質量專利

中圖分類號： TM933.4??文獻標識碼： A

隨著信息技術的快速發(fā)展，以智能電表為核心的低壓集抄系統(tǒng)開始進入人們的視野[1]?；谥悄茈姳淼牡蛪杭到y(tǒng)，運用通訊系統(tǒng)和計算機網絡系統(tǒng)等新的技術手段自動讀取和處理電表數據[2]，這項技術將數據自動采集、傳輸和處理運用到電能供、用與管理系統(tǒng)中，是一種不需要人員到達現場就能完成抄讀用戶消耗用電的智能化電力管理系統(tǒng)，從根本上克服了傳統(tǒng)人工抄表方式的弊端，為現代化的電能管理創(chuàng)造了良好的條件[3]。目前，我國正在大力推行分時電價運營、預支電費等先進的電力管理模式，而抄表方式的改進是這一管理模式大力推進的必要條件[4]。自動抄表技術最早是在國外發(fā)展起來的，早在1971年國外就已有該行業(yè)的專利申請，1986年美國成立了自動抄表研究協(xié)會（automatic meter reading association，AMRA）[5]，這為美國自動抄表技術的發(fā)展起到了推動作用。而從2004年，自動抄表技術的專利申請開始進入快速增長期，申請主要側重于通信技術領域。此時，世界各國通信領域的技術飛速發(fā)展，微電子技術、計算機（單片機）技術、數據通信技術和自動控制技術等高新技術的發(fā)展，促進了多功能、智能化電子式電能表技術的進一步成熟，在降低生產成本的同時，也促進了電能遠程集中抄表技術的產生與發(fā)展[6]。在20世紀末21世紀初，世界各國先后開始發(fā)展智能遠傳電表，雖然投入力度及側重有所不同，但都經歷了一個比較長的發(fā)展過程[7]。由于電在整個國民經濟和人民生活中具有舉足輕重的作用，統(tǒng)計用電量抄表系統(tǒng)的發(fā)展也顯得至關重要[8]。因此，本文通過對智能電表的集抄領域進行專利檢索和人工去噪，分析目前該領域國內外的發(fā)展狀況，為提高我國在該領域高質量專利的申請量提供參考。

1?集中抄表系統(tǒng)技術構成

1.1?主要技術分支分析

集中抄表系統(tǒng)專利申請數量較多，涉及技術分支也很多，通過專利檢索和人工去噪，挑選出其專利申請量排名前20位的主要技術分支進行分析（主要技術分支所占百分比），集中抄表系統(tǒng)主要技術分支占比如圖1所示。

前20位主要技術分支的含義如下：

G08C17（18%）： 按照所采用的無導線電氣線路表征的信號傳送裝置。

G08C19（13%）： 電信號傳輸系統(tǒng)。

G01R11（11%）： 用于測量電功率或電流的時間積分的機電裝置。

G01R22（8%）： 用于測量電功率或電流的時間積分的裝置，例如電表。

H04B3（5%）： 有線傳輸系統(tǒng)。

G01R35（5%）： 包含在本小類其他組中的儀器的測試或校準。

H04L29（5%）： H04L1/00至H04L27/00單個組中不包含的裝置、設備、電路和系統(tǒng)。

H04L12（4%）： 數據交換網絡。

H02J13（4%）： 對網絡情況提供遠距離指示的電路裝置。

H04Q9（3%）： 用于從主局選擇地呼叫一個分局的遙控或遙測系統(tǒng)的裝置。

G08C23（3%）： 非電信號傳輸系統(tǒng)，如光學系統(tǒng)。

G07F15（3%）： 有儀表控制的分配液體、氣體或電的投幣式設備。

G06Q50（3%）： 特別適用于公用事業(yè)或旅游等特定商業(yè)領域的系統(tǒng)或方法。

G08C15（3%）： 以使用的多路傳輸為特征的裝置，該多路傳輸用于在一公共通道上傳輸多個信號。

H04M11（2%）： 專門適用于與其他電系統(tǒng)組合的電話通信系統(tǒng)。

G01D4（2%）： 計費設備。

G05B19（2%）： 程序控制系統(tǒng)。

G01R31（2%）： 電路故障的檢測裝置;以提供在其他位置所進行的測試為特征的電測試裝置[9]。

H04W84（2%）： 網絡拓撲。

H04N7（2%）： 電視系統(tǒng)。

由上述排名可以看出，集中抄表系統(tǒng)的專利申請主要集中在無線通信技術、信息傳輸、智能電表和有線通信技術等領域，其中無線通信技術是抄表系統(tǒng)主要攻克的關鍵技術，是研發(fā)的熱點技術。隨著智能電網建設和用電管理需求的提高，對集中抄表覆蓋面、信號傳輸穩(wěn)定性、遠距離傳輸的可靠性等方面的需求越來越高[10]。信息采集系統(tǒng)和信號傳輸系統(tǒng)的技術改進和提升是各電力企業(yè)面臨的重大技術問題[11]。

1.2?各重點技術專利申請量發(fā)展趨勢

各重點技術專利申請量發(fā)展趨勢如圖2所示。由圖2可以看出，H04L12、H02J13和H04Q9這三個技術的發(fā)展較為緩慢，各申請人在這幾個分支的投入和關注較小，屬于該領域的空白點;而G08C17、G08C19、G01R11和G01R22近年來發(fā)展迅速，屬于該領域主要研發(fā)方向和熱點。

2?專利技術活躍度分析

經調查發(fā)現，集中抄表系統(tǒng)專利的申請人較為分散，排名前3的是國家電網公司、中國電力科學研究院和個性化傳播傳媒有限責任公司（personalized media communications limited liability company，PMCLLC），申請量分別是900，104和73件，分別占抄表系統(tǒng)總申請量的116%，13%和09%。因此，以國家電網公司為重要申請人，對其所有專利申請和抄表系統(tǒng)專利申請的技術分支進行分析。經檢索，國家電網公司名下專利申請總量為136 319件（橫坐標為技術分支，縱坐標為專利申請量），對于國家電網公司，專利申請排名前10位的技術分支如圖3所示。進一步檢索和去噪，國家電網公司涉及集中抄表系統(tǒng)的專利申請量為900件，集抄系統(tǒng)專利申請前10位的技術分支如圖4所示。

由圖3可以看出，在技術分支G01R31（電性能測試、探測裝置）上的申請量為11 390件，在技術分支H02G1（安裝、維護、修理或拆卸電纜或電線的方法或設備）上的申請量為9731件，在技術分支H02J3（交流干線或交流配電網絡的電路裝置）上的申請量為6806件;由圖4可以看出，國家電網公司在技術分支G01R35（儀器的測試或校準）上的申請量為226件，在技術分支G08C17（無線通信傳輸）上的申請量為161件，在技術分支G08C19（電信號傳輸系統(tǒng)）上的申請量為143件。

國家電網公司在抄表系統(tǒng)領域的申請量排名第一，占抄表系統(tǒng)總申請量的116%，是關系中國能源安全和國民經濟命脈的國有重要骨干企業(yè)，是電力行業(yè)的上游企業(yè)。因此，國家電網公司為該領域重要申請人。綜合國家電網公司名下的專利申請數據，其申請的抄表系統(tǒng)專利僅占其所有專利總量的07%，其在集中抄表系統(tǒng)專利的重要技術分支G01R35、G08C17和G08C19在其專利總申請中排名靠后，因此說明集中抄表系統(tǒng)專利申請的技術活躍度不高。

3?重點專利分析

3.1?國外重點專利分析

從國外集中抄表系統(tǒng)通信技術專利中篩選同族專利個數在10個以上的專利，共42件，再從42件專利中篩選被引證次數最多的4件專利作為重點專利進行分析，國外集中抄表系統(tǒng)通信技術部分重點專利如表1所示。由表1可以看出，通信技術重點專利主要產生在美國和德國等發(fā)達國家，且在世界范圍內的布局較廣，技術內容涉及擴頻技術、用于遠程通信的無線網絡上的控制和自動化、用于遠程數據產生站的通信協(xié)議等。

公開號為US20060209932A1的專利，用于處理無線通信網絡中的路徑分量系統(tǒng)和方法，提供了一種通信系統(tǒng)，其包括一個或多個路徑分析器，以確定相對于無線通信網絡中使用的一組信道路徑的路徑幅度。這樣的分析可包括模擬或數字信號處理，以確定信號路徑的峰值能量含量，相位估計或其它參數等方面。從路徑確定中，一個或多個閾值分量部分地基于路徑幅度，選擇用于通信的信道路徑的子集。

公開號為GB2352590A的專利，手持式儀表讀取器讀取實用儀表，如煤氣、水表或電表，可從儀表接收無線電頻率傳輸的數據，也可從儀表感應接收數據，從而使其能夠讀取多種類型的儀表。讀者可以使用各種協(xié)議進行交流，也可以在收音機和感應閱讀之間自動切換。讀取器發(fā)送一個信號，使其在所有范圍內以時間交錯的方式傳輸數據，根據ID編號或生成的隨機編號，讀者可以通過在審問信號中發(fā)送識別號來詢問選定的儀表，也可以提供與計算機射頻同軸鏈接器（radio frequency，RF）鏈接以下載數據[12]。計算機可能在車輛中，抄表路線可存儲在計算機中，然后提供下一個抄表信息給讀者，路線也可以存儲在閱讀器中。

公開號為WO0004427A1的專利，用于監(jiān)測和控制電器或實用程序。其可以與遠程通信的從屬節(jié)點使用一種協(xié)議用于不同的媒體，包括有線網絡上的控制和自動化、無線電、微波和輸電線。這種虛擬因特網鏈路響應到請求，從所述服務器和遙控器，以復制信息，作為通過上述遠程節(jié)點被連接到因特網。虛擬鏈路是用于遠程信息中讀取家庭自動化和安全反射的主服務器。所述互聯(lián)網上遠程節(jié)點的動作數據庫信息，通過一個主從屬異常的協(xié)議支持自動化計量，安全地實現e現金傳送和因特網后信道請求。

公開號為WO9532595A1的專利，用于一個中心數據之間的通信數據終端，多個中間數據的終端，多個遠程單元的節(jié)點和多個網絡服務的模塊，使用多個幀與每個具有多個信道幀。所述多個中間數據的終端發(fā)送中斷描述符表（interrupt descriptor table，IDT）同步信號到多個遠程單元的節(jié)點在第一信道幀。上述多個遠程單元的節(jié)點發(fā)送廣域網（remote computer network，RCN）同步信號到多個網絡服務的模塊在第二信道幀。該網絡服務模塊從多個物理設備發(fā)送數據，使用無線波，作為網絡安全管理（network and security manager，NSM）分組信號以上述多個遠程單元的節(jié)點使用一個第四信道幀。多個遠程單元的節(jié)點存儲呼入NSM分組信號和響應于第一輪詢信號一個第三信道中發(fā)送該幀從一個特定的中間數據的終端，發(fā)送所述NSM分組信號，以該中間數據終端作為RCN一個第五信道的幀上的分組信號。該中間數據終端依次存儲RCN從上述多個遠程單元的節(jié)點接收到的分組信號和響應于第二輪詢信號從中央數據發(fā)送終端上的一個第六信道幀，發(fā)送RCN分組信號作為一個IDT一個第七信道的幀上的分組信號到中央數據終端。

3.2?國內重點專利分析

從2941件國內集中抄表系統(tǒng)通信技術專利中，篩選同族專利個數在2個以上的專利，共400件，再從400件專利中篩選被引證次數最多的4件專利作為重點專利進行分析，國內集中抄表系統(tǒng)通信技術的部分重點專利如表2所示。由表2可以看出，國內通信技術重點專利主要是遠距離通信技術、電能管理控制系統(tǒng)和電能信息采集等。

公開號為CN102177729A的專利，在電氣電力線上為電力線通信（power line communication，PLC）提供系統(tǒng)、方法和計算機程序產品，包括可安裝在電氣配電變壓器（distribution transformer，DT）附近來提供高速接口的裝置，并與一個或多個接入裝置通信，所述接入裝置為通過無線電高空測候器（radio sonde，RS）RS232、RS485、光學、無線和以太網上的模擬信號或數字信號提供低速接口。所述裝置將到/來自在電氣線上的這些接入裝置的數據傳送到在一根電線的一條或多條金屬線上或在多根線上的其他中繼器，并用來增強和改進信號質量。檢測到金屬線或線承載數據存在問題，就在其他金屬線上發(fā)送所述數據，并且電力線一有故障就利用到全球移動通信系統(tǒng)（government system for mobile communications，GSM）和全球微波互聯(lián)接入（WiMax）網絡的無線后備[13]中。所述裝置允許公用事業(yè)和其他來讀取電表，并監(jiān)測配電網的電力質量及檢測電力損耗、故障、中斷。

公開號為CN101826755A的專利，其結構包括電力用戶集控終端裝置、數據傳輸裝置和系統(tǒng)監(jiān)控服務器。電力用戶集控終端裝置用于接收電力用戶監(jiān)控設備的用電信息及輸出控制用戶監(jiān)控設備的信號[14];數據傳輸裝置向下至少連接一個電力用戶集控終端裝置，向上通過有線網絡與系統(tǒng)監(jiān)控服務器連接;本發(fā)明對現有技術的貢獻是實現了企業(yè)和用戶的即時互動和信息交流、電力企業(yè)內部的信息互動和交流;實現了電網及設備的緊急事項保護;系統(tǒng)可以實時采集配電網中的所有線路運行數據、設備運行數據、設備狀態(tài)數據、計量裝置數據、通信傳輸系統(tǒng)的運行數據、傳輸設備狀態(tài)數據、圖象數據、音頻和視頻數據等[15]。

公開號為CN101354408B的專利，是一種建立在臺區(qū)集中服務終端的電能采集與運行基礎上的管理系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)包括主站系統(tǒng)、臺區(qū)集中服務終端、電能表采集器、臺區(qū)電能表和居民電能表[16]。主站系統(tǒng)的主要功能是對數據進行采集、處理、管理分析和輸出，并對整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和升級;臺區(qū)集中服務終端主要用于配變監(jiān)測、用電現場管理抄表等;電能表采集器主要負責抄表任務[17]。下行選擇使用RF窄帶無線射頻數傳/電力載波/RS485接口與電能表采集器通訊，上行通過通用分組無限業(yè)務（general packet radio service，GPRS）/碼多分址（code division multiple access，CDMA）信道將所有數據上傳至主站系統(tǒng)[18]。

公開號為CN1278339A的專利，是一個含有多個用戶輸入端的室內環(huán)境控制和能量管理系統(tǒng)。用戶輸入端主要負責接收用戶的輸入參數，該端口包括至少一種能量單位價位的室內環(huán)境條件范圍[19]。室內環(huán)境條件輸入端口主要用于接收實時監(jiān)測的室內環(huán)境條件。能量價格輸入端會根據單位時間周期內的能量成本預算來制定相應的用電計劃。與各輸入端耦合的處理器可以基于用戶輸入參數來計算多種能量單位價位的環(huán)境條件死區(qū)范圍，并且控制至少一個能耗載荷設備[20]。在上述實施方案中，環(huán)境條件至少包含溫度、一個載荷設備、加熱和冷卻系統(tǒng)。處理器通過通信鏈路與至少一個能量供應公司進行通信，并且最終確定一個能量供應公司，使屋內能耗成本降到最低。

4?結束語

智能電表低壓集抄系統(tǒng)的技術分支主要集中在無線電力傳輸、電信號傳輸和有線傳輸等領域，并且各重點技術的專利申請量呈迅猛發(fā)展態(tài)勢。此外，無線電力傳輸、電信號傳輸和用于測量電功率或電流的時間積分裝置等技術分支是未來的研發(fā)熱點。國外在該領域的重點專利主要涉及擴頻技術、遠程通信技術的控制和自動化等技術分支，而我國在該領域的重點專利主要集中在遠距離通信技術、電能管理控制系統(tǒng)和電能信息采集等技術分支，由此說明該領域的重點技術仍然掌握在國外發(fā)達國家手中。但也可以看到，我國在該領域的發(fā)展勢頭迅猛，專利申請量位居世界第一。我國應注重專利質量，提升研發(fā)水平，以高校和科研院所為核心，努力推進通信技術等核心技術的研發(fā)。

參考文獻：

[1]?張灝霽. 低壓集抄系統(tǒng)建設的風險及控制措施探討[J]. 科技資訊， 2018， 16（13）： 2829.

[2]?馬曉東， 易鑫， 徐曉娜. 基于低壓集抄系統(tǒng)的采集器升級方案研究[J]. 信息系統(tǒng)工程， 2019（8）： 2426.

[3]?高鵬聰. 低壓集抄系統(tǒng)的推廣與運行維護方式解讀[J]. 中國新技術新產品， 2019（18）： 117118.

[4]?蔡曉聰. 低壓集抄采集方案優(yōu)劣對比[J]. 中國新技術新產品， 2019（12）： 4142.

[5]?董昌海. 船舶企業(yè)電能智能化管理系統(tǒng)的設計與應用[J]. 物聯(lián)網技術， 2014， 4（8）： 8486， 89.

[6]?吳瓊. 低壓集抄全覆蓋相關問題研究與分析[J]. 電工技術， 2017（7）： 7677.

[7]?王昌正， 郝柳. 遠傳抄表系統(tǒng)及塑料光纖技術與應用[J]. 建設科技， 2017（6）： 2026.

[8]?李俊松， 張靳予， 張合強. 面向居民的智能遠程抄表系統(tǒng)的應用[J]. 電子元器件與信息技術， 2020， 4（1）： 9697.

[9]?董超， 劉玉國， 宋微. 基于專利分析的我國動力電池產業(yè)發(fā)展研究[J]. 現代情報， 2014， 34（6）： 132138.

[10]?魏金花. 電力系統(tǒng)自動化控制中的智能技術應用研究[J]. 中國新技術新產品， 2019（19）： 2526.

[11]?夏水斌， 余鶴， 董重重， 等. 基于集抄系統(tǒng)深化應用的低壓臺區(qū)電網拓撲重構方案[J]. 電測與儀表， 2017， 54（20）： 110115.

[12]?雙維芳， 張輝. 信號傳輸領域關鍵詞檢索策略淺析[J]. 中國發(fā)明與專利， 2019， 16（6）： 104109.

[13]?談紅焱. 低壓電能計量集抄技術應用與分析[J]. 技術與市場， 2018， 25（10）： 155157.

[14]?呂榕雪. 基于MODBUS協(xié)議的遠程抄表系統(tǒng)[J]. 科技創(chuàng)新與應用， 2018（5）： 112113.

[15]?白晶. 基于單片機的智能化抄表系統(tǒng)設計[J]. 電子測試， 2017（22）： 2223.

[16]?梁潔. 低壓集抄系統(tǒng)的實用化現狀分析及策略[J]. 中國新技術新產品， 2017（20）： 2021.

[17]?張志鏗. 談低壓集抄系統(tǒng)的運行維護與管理[J]. 科技資訊， 2018， 16（36）： 58， 62.

[18]?張仙蘭. 低壓集抄系統(tǒng)的應用[J]. 通信電源技術， 2019， 36（12）： 7476， 79.

[19]?馬亦然， 王雅軍. 淺談智能電表的遠程抄表系統(tǒng)[J]. 純堿工業(yè)， 2018（3）： 2830.

[20]?楊中翔， 趙捷豐， 鄭培強. 基于LORA的物聯(lián)網燃氣表抄表系統(tǒng)設計[J]. 電子技術與軟件工程， 2018（15）： 172174.

Patent Analysis of Low Voltage Collecting System for Smart Meter

YU Zhenghe， PANG Hong

（Intellectual Property Institute of Qingdao University， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract： ??Aiming at the technical problems existing in the development process of the lowvoltage collection system of smart meters， this paper conducts a detailed analysis of the technical composition， patent technology activity and key patents in this field through patent search and manual denoising. The analysis results show that in the field of lowvoltage meter reading systems for smart meters， China has become the country with the largest number of patent applications， but core technologies are in urgent need of breakthroughs and the quality of patents is in urgent need of improvement. Enterprises and others have increased their investment in research and development of core technologies in this field to increase the number of highquality patent applications in China. This research provides a theoretical basis for the research and development and patent layout of the lowvoltage collection system of smart meters.

Key words： smart meter; meter reading system; patent search; patent analysis; patent layout; highquality patents