電能質(zhì)量控制行業(yè)發(fā)展情況

電能質(zhì)量控制行業(yè)發(fā)展情況

電能質(zhì)量控制行業(yè)發(fā)展情況現(xiàn)代電力網(wǎng)中，隨著大功率沖擊性用電設(shè)備和非線性電力電子設(shè)備大量使用、分布式間歇式電源接入，使得電壓和頻率波動、諧波、無功、暫降等電能質(zhì)量問題越來越突出。電網(wǎng)中的高次電流諧波是一種電力污染，會引起電壓波形畸變，導(dǎo)致供配電系統(tǒng)不穩(wěn)定，增加設(shè)備附加損耗，嚴(yán)重時甚至造成設(shè)備損壞。電網(wǎng)中的無功功率雖然和有功功率一樣都是輸配電網(wǎng)中不可缺少的組成部分，但如果無功功率過大、功率因數(shù)過低，配電設(shè)備容量將得不到充分利用、電網(wǎng)傳輸能力也會下降、損耗增加。電能質(zhì)量行業(yè)發(fā)展初期，由于國內(nèi)缺乏相應(yīng)強(qiáng)制實行的標(biāo)準(zhǔn)，使得國內(nèi)企業(yè)普遍對電能質(zhì)量問題認(rèn)識較為淡薄，這使得市場推動力不足。但隨著政府、發(fā)電、供電以及用電企業(yè)對電能質(zhì)量的理解和認(rèn)識的加深，汽車制造、半導(dǎo)體等高科技企業(yè)對電能質(zhì)量的要求越來越高。2018年頒布的《中華人民共和國電力法》將電網(wǎng)電能質(zhì)量責(zé)任提到了一個新的高度。從目前來看，中國電能質(zhì)量監(jiān)測、治理的推動主要由供電部門來發(fā)起，全國各地的供電系統(tǒng)成為電能質(zhì)量監(jiān)測、治理的積極推動者。近年來，隨著電能質(zhì)量問題的不斷加劇以及造成的損失增加，我國電能質(zhì)量總體市場在各方面的推動下呈穩(wěn)步增長的趨勢。根據(jù)亞洲電能質(zhì)量產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《2018電能質(zhì)量行業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示，2017年我國電能質(zhì)量行業(yè)市場總額超過200億元，預(yù)計2020年增長至364．23億元，2017~2020年復(fù)合年增長率為22．11%。諧波治理和無功補(bǔ)償是電能質(zhì)量控制最主要的兩個細(xì)分領(lǐng)域，采用電力電子技術(shù)的有源電能質(zhì)量控制技術(shù)和設(shè)備是電能質(zhì)量控制設(shè)備的發(fā)展方向。同時，新出現(xiàn)的串聯(lián)調(diào)壓設(shè)備在處理電壓暫升暫降中也開始顯現(xiàn)出優(yōu)勢。中低壓電能質(zhì)量控制設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，涵蓋了軌道交通、數(shù)據(jù)中心、石油煤礦、建筑樓宇、工業(yè)制造等用電系統(tǒng)，公共配電網(wǎng)系統(tǒng)，以及特種裝備獨立電力系統(tǒng)。我國電力行業(yè)發(fā)展較快，但由于前期一直存在缺電局面，導(dǎo)致電力行業(yè)的建設(shè)偏重電源建設(shè)，呈現(xiàn)重發(fā)、輕供、不管用的局面。近年來，隨著電源方面的持續(xù)投資，我國發(fā)電能力已經(jīng)達(dá)到了較高水平，能夠滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需，而電源電網(wǎng)建設(shè)不平衡所導(dǎo)致的問題也逐漸體現(xiàn)，造成傳輸過程中電能損耗高、覆蓋不均勻、能源利用率低等后果。為妥善解決此問題，針對電源的投資開始慢慢減少，電力投資趨勢從偏重電源投資逐步轉(zhuǎn)向電網(wǎng)投資。我國電網(wǎng)工程投資額自2013年開始快速上升并首次超過了電源工程投資額，標(biāo)志著電力投資的重點逐漸向配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移，電網(wǎng)建設(shè)投入力度不斷加大。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2013年我國電網(wǎng)工程投資額為3，849億元，2020年電網(wǎng)工程投資額增長至4，699億元，年均復(fù)合增長率為2．89%。電網(wǎng)投資的增加，特別是城市電力配網(wǎng)項目的投資加大，將增加電能質(zhì)量設(shè)備在配電系統(tǒng)的使用場景和使用需求。另一方面，開發(fā)新能源、加強(qiáng)可再生能源的利用已成為全球性的共識。大規(guī)?？稍偕茉匆苑植际桨l(fā)電方式接入電網(wǎng)，是大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納的重要方式，也是大規(guī)?？稍偕茉醇惺桨l(fā)電的重要補(bǔ)充。采用分布式可再生能源發(fā)電，有助于充分利用各地豐富清潔、形式多樣的能源，向用戶提供綠色電力，因此是實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要舉措。國家針對大力支持可再生能源分布式發(fā)電的推廣與應(yīng)用出臺了一系列政策文件，鼓勵促進(jìn)可再生能源分布式發(fā)電的發(fā)展。但是，大量具有間歇性、隨機(jī)性的分布式電源接入電網(wǎng)，極大地增加了電網(wǎng)復(fù)雜性和管控難度，對電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行產(chǎn)生重大影響。中低壓柔性合環(huán)控制器臺區(qū)智能型電力電子有載調(diào)壓器等系列產(chǎn)品，開始應(yīng)用于解決分布式新能源發(fā)電大批量接入配網(wǎng)后的潮流控制、電壓合格率、線損等問題。此外，串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)用于配電線路的研究和應(yīng)用，已經(jīng)取得了研究成果及運行經(jīng)驗積累。電能質(zhì)量控制設(shè)備在電力用戶側(cè)的應(yīng)用包括軌道交通、數(shù)據(jù)中心、石油煤礦、建筑樓宇、工業(yè)制造等領(lǐng)域。以數(shù)據(jù)中心為例，對其穩(wěn)定供電離不開電能質(zhì)量控制設(shè)備。現(xiàn)代IDC機(jī)房的用電負(fù)載也在不斷發(fā)生變化，高頻化的HVDC、UPS廣泛使用，通過大量變頻節(jié)能技術(shù)提高能效利用率，供電拓?fù)湟查_始大量使用市電與不間斷電源供電結(jié)合的模式。然而變頻化的HVDC、UPS、變頻器、開關(guān)電源等產(chǎn)生大量無功和諧波。諧波和無功等電能質(zhì)量問題成為了制約數(shù)據(jù)中心可靠性提高的關(guān)鍵因素。對于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，主要非線性負(fù)荷為空調(diào)機(jī)組和照明及辦公設(shè)備等，采用動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備提升系統(tǒng)功率因數(shù)，同時采用有源電力濾波器解決諧波問題，消除諧波對電力系統(tǒng)的危害，避免諧振風(fēng)險，有效改善數(shù)據(jù)中心用電環(huán)境，提升系統(tǒng)可靠性。數(shù)據(jù)中心（IDC）是國家確定的新基建七大領(lǐng)域之一，當(dāng)前我國數(shù)據(jù)中心主要集中在北京、上海、廣州及周邊地區(qū)，造成這一現(xiàn)象的主要原因是下游需求占比較大的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)大多分布在核心城市，滿足這一需求的核心網(wǎng)建設(shè)也大多在一線城市。為提升國家整體算力水平，充分利用西部綠色能源，擴(kuò)大數(shù)據(jù)中心經(jīng)濟(jì)帶動效應(yīng)，推動區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。近年來我國在內(nèi)蒙古、寧夏等地區(qū)建設(shè)超大型數(shù)據(jù)中心。東數(shù)西算將帶動IDC相關(guān)市場的發(fā)展，其中電能質(zhì)量作為配套的供電基礎(chǔ)設(shè)施，也將受益于整個產(chǎn)業(yè)鏈的增長。與通用行業(yè)類似，特種裝備在用電方面同樣存在電能質(zhì)量問題，特種裝備獨立電網(wǎng)與大電網(wǎng)相比，由于容量小、內(nèi)阻大，適應(yīng)非線性和沖擊性負(fù)荷能力更差；特種裝備和任務(wù)系統(tǒng)如飛機(jī)、艦船、車輛等多電全電等綜合電力發(fā)展趨勢下，核心用電設(shè)備對諧波電流等電能質(zhì)量問題的抵抗能力更差。因此，特種裝備獨立電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題比大電網(wǎng)更突出，必須采取措施進(jìn)行解決。隨著特種裝備電氣化進(jìn)程的推進(jìn)和相關(guān)部件國產(chǎn)化水平提升的要求，特種電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題將為該領(lǐng)域的電能質(zhì)量控制設(shè)備帶來廣闊市場空間。定制電能質(zhì)量控制設(shè)備是特種裝備供電的補(bǔ)償設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域和市場情況與定制特種電源類似。我國電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢集成化智能化通用化信息化趨勢。（1）電力電子技術(shù)集成：有利于減小產(chǎn)品體積和重量，提高產(chǎn)品功率密度和性能，滿足人們對方便、快捷、便攜的要求;（2）電力電子技術(shù)智能化：提高產(chǎn)品的自動調(diào)節(jié)能力，提高效率和功率、調(diào)速范圍和性能等，減少人力物力，提高產(chǎn)品服務(wù);（3）電力電子的泛化技術(shù)：廣泛應(yīng)用電力電子技術(shù)，提高技術(shù)應(yīng)用范圍，降低生產(chǎn)成本;（4）電力電子技術(shù)信息化：現(xiàn)代信息技術(shù)逐步應(yīng)用于電力電子技術(shù)，使技術(shù)不僅既是能量轉(zhuǎn)換和傳輸裝置，又是信息傳輸裝置和交換功能。電力電子行業(yè)發(fā)展前景及市場規(guī)模在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來大發(fā)展。目前，電力電子技術(shù)正逐漸向模塊化、集成化、智能化、數(shù)字化、綠色化方向發(fā)展。電力電子市場份額、電力電子發(fā)展方向如何?在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來大發(fā)展。目前，電力電子技術(shù)正逐漸向模塊化、集成化、智能化、數(shù)字化、綠色化方向發(fā)展。電能是目前最重要的能源形式之一，幾乎所有的電能從產(chǎn)生到消耗都要經(jīng)過電壓、電流、頻率等參數(shù)的調(diào)節(jié)，統(tǒng)稱為電能的變換。電力電子技術(shù)就是一門對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，其本質(zhì)是利用電力電子器件（即功率器件）的開關(guān)作用，實現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的控制，具有控制靈活、效率高等優(yōu)點。以電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的全控型功率器件相繼問世，完成了傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)的轉(zhuǎn)變，并打破了PWM控制技術(shù)在硬件上的瓶頸，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，系統(tǒng)性能顯著提升。由于大功率負(fù)載系統(tǒng)的處理需求，電力電子市場需要在效率和熱管理方面發(fā)展。市場主要廠商需要加大投資技術(shù)開發(fā)，在不影響熱管理或可靠性的前提下，降低器件和系統(tǒng)成本，減小重量和尺寸。器件、封裝、模塊、功率堆棧或逆變器層級的優(yōu)化解決方案正在得到應(yīng)用。無源元件必須改進(jìn)以充分利用新型半導(dǎo)體材料、器件和系統(tǒng)設(shè)計的潛力。隨著光伏和風(fēng)電發(fā)電占比逐漸提高，電源管理產(chǎn)品，如逆變器、升壓降壓等，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈需求也將同步增長。在新能源汽車領(lǐng)域，同樣需要對電壓進(jìn)行變換從而可以驅(qū)動電機(jī)和為電池充電，對于電源管理產(chǎn)品的需求量更大。控制算法和功率器件性能都在不斷優(yōu)化，電力電子技術(shù)在運動控制、工業(yè)自動化、智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電等社會經(jīng)濟(jì)多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，以變頻調(diào)速系統(tǒng)最具有代表性。該設(shè)備采用以電力電子技術(shù)為支撐，通過內(nèi)置的控制軟件，不但能實現(xiàn)無級調(diào)速，而且動態(tài)調(diào)整電機(jī)運行過程中的電壓和頻率，在不改變原配套電機(jī)的條件下，保證電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)荷需求精確匹配，實現(xiàn)了高可靠性、高精度的自動控制。從電力電子產(chǎn)業(yè)鏈看，目前國內(nèi)電容、電感磁芯以及繼電器的產(chǎn)品能力經(jīng)過20余年的發(fā)展，積累了大量歷史數(shù)據(jù)，有能力為終端廠商提供成熟可控、性能高效的產(chǎn)品。未來電容和磁芯，有望進(jìn)一步替代日韓公司，國內(nèi)龍頭廠商有望更進(jìn)一步發(fā)展。另外，電感、功率器件和電容也是電源管理的核心元件。根據(jù)ECIA數(shù)據(jù)，2019年全球電感器市場規(guī)模為46億美元，中國電子元件行業(yè)協(xié)會預(yù)計，未來幾年，全球電感器市場規(guī)模年均增幅約7．5%，2026年將達(dá)76億美元。電力電子行業(yè)研究報告旨在從國家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略入手，分析電力電子未來的政策走向和監(jiān)管體制的發(fā)展趨勢，挖掘電力電子行業(yè)的市場潛力，基于重點細(xì)分市場領(lǐng)域的深度研究，提供對產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、區(qū)域結(jié)構(gòu)、市場競爭、產(chǎn)業(yè)盈利水平等多個角度市場變化的生動描繪，清晰發(fā)展方向。電力電子轉(zhuǎn)型已成趨勢電力電子學(xué)，一種通過周期性改變特定電路結(jié)構(gòu)中電路中功率半導(dǎo)體器件的通斷來改變電能形式的科學(xué)技術(shù)。具體來說，電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是利用電力電子器件對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要有四大領(lǐng)域，即：工業(yè)、交通、電力系統(tǒng)、電子設(shè)備電源。工業(yè)領(lǐng)域的電力電子技術(shù)主要集中在交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)等；交通領(lǐng)域的電力電子技術(shù)重點是電氣化鐵路、電動汽車、航空、航天、航海等；電力系統(tǒng)領(lǐng)域的電力電子技術(shù)側(cè)重于高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償?shù)?；電子設(shè)備電源領(lǐng)域的電力電子技術(shù)專注于為信息電子設(shè)備以及家用電器節(jié)能燈、變頻空調(diào)等提供電源。改革傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。未來，在工業(yè)和民用的各種機(jī)電設(shè)備中，特別是電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的媒介，是機(jī)電設(shè)備與計算機(jī)之間的重要接口，是計算機(jī)發(fā)揮作用的保障和基礎(chǔ)。高頻電力電子技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻方向發(fā)展。達(dá)到最佳工作效率將使機(jī)電設(shè)備體積縮小數(shù)倍或數(shù)十倍，實現(xiàn)高速響應(yīng)，并能適應(yīng)任何參考信號，實現(xiàn)無噪音、全新的功能和用途。智能電力電子的進(jìn)步在一定程度上融合了信息處理和電力處理，將微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)融為一體。它的發(fā)展可能會導(dǎo)致電子技術(shù)的重大變革。電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中國電力電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)500億元，并繼續(xù)穩(wěn)步向上發(fā)展。電力電子產(chǎn)業(yè)對中國人的生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。電力電子器件又稱為功率半導(dǎo)體器件，主要用于電力設(shè)備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件。用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等，同時具有節(jié)能功效。功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于移動通訊、消費電子、新能源交通、軌道交通、工業(yè)控制、發(fā)電與配電等電力、電子領(lǐng)域。電力電子器件根據(jù)載流子類型可分為雙極型與單極型。雙極型包括功率二極管、雙極結(jié)型晶體管、電力晶體管、晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管等，單極型包括功率MOSFET、肖特基勢壘功率二極管等。電力電子器件起著關(guān)鍵性作用，關(guān)系著高鐵動力系統(tǒng)、汽車動力系統(tǒng)、消費及通訊電子系統(tǒng)等領(lǐng)域能否實現(xiàn)自主可控的核心零部件?！吨袊圃?025》明確提出將先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人等列為突破發(fā)展的十大重點領(lǐng)域。同時國內(nèi)企業(yè)具備低端領(lǐng)域全面實現(xiàn)國產(chǎn)化能力，同時向中高端進(jìn)軍，以南車、比亞迪為代表的廠商已實現(xiàn)技術(shù)突破，成功實現(xiàn)國產(chǎn)化IGBT在高鐵和新能源汽車中的應(yīng)用。美國電力電子器件處于世界領(lǐng)先地位，擁有一批具有全球影響力的廠商，例如TI、Fairchild、Maxim、ADI、ONSemiconductor和Vishay等廠商。歐洲擁有Infineon、ST和NXP三家全球半導(dǎo)體大廠。日本主要有Toshiba、Renesas、Rohm、Matsushita、FujiElectric等。中國臺灣擁有富鼎先進(jìn)、茂達(dá)、安茂、致新和沛亨等一批廠商。中國大陸擁有吉林華微電子、蘇州固锝電子、無錫華潤華晶微電子、揚州揚杰電子等一批廠商。電力電子行業(yè)迎來大發(fā)展隨著光伏和風(fēng)電發(fā)電占比逐漸提高，電源管理產(chǎn)品，如逆變器、升壓降壓等，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈需求也將同步增長。在新能源汽車領(lǐng)域，同樣需要對電壓進(jìn)行變換從而可以驅(qū)動電機(jī)和為電池充電，對于電源管理產(chǎn)品的需求量更大。隨著光伏發(fā)電成本不斷降低和發(fā)電效率逐年提升，全球光伏平價時代正式來臨。光伏因其綠色、環(huán)保的特點，在全球范圍內(nèi)持續(xù)高速發(fā)展，裝機(jī)容量不斷增長，技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）預(yù)測，到2050年，全球光伏滲透率將達(dá)到25%，相當(dāng)于目前的10倍，光伏行業(yè)的發(fā)展速度和發(fā)展空間將大幅提升。據(jù)SolarPowerEurope預(yù)測，2025年全球光伏市場新增裝機(jī)可達(dá)346．7GW，2021-2025年年復(fù)合增速15%。電力電子轉(zhuǎn)型進(jìn)程電力電子除了對傳統(tǒng)的硅基器件的依賴，電力電子市場的發(fā)展將更多集中到碳化硅及氮化鎵的技術(shù)創(chuàng)新上。迄今為止電源制造業(yè)已成為非常重要的基礎(chǔ)工業(yè)，并廣泛應(yīng)用于各