2017年我国电能质量治理及相关电力电子设备制造业发展现状、供求状况与未来发展趋势分析

参考中国报告网发布《 2017-2022年中国电能质量治理行业运营态势及十三五投资策略研究报告 》

         1、电能质量治理设备制造业发展状况

         （1）行业发展历程

          电能质量治理设备制造业的发展，主要体现在无功补偿技术和谐波治理技术的不断创新和改进。

          ①无功补偿技术

          我国无功补偿细分产业的发展经历了技术引进、消化吸收和进口替代的过程，随着电力监管部门对用户功率因数要求的提高和企业对电能质量重要性认识的提升，无功补偿装置在国内的市场需求自2004 年左右开始爆发。

          无功补偿方法有多种，从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用，经历了数十年的发展历程，先后出现了调相机、固定补偿电容器、SVC、SVG 等产品。

          同步调相机和固定补偿电容器：早期的无功补偿装置是同步调相机和固定补偿电容器。前者运行成本高、安装复杂，后者补偿容量较大，但不能连续调节，而且可能与系统发生谐振。同步调相机补偿方式在目前的无功补偿项目中已不再使用。固定补偿装置主要由电力电容器、电抗器和机械开关构成，是一种较简单的无功补偿装置，可分级、分组投切，但不属于动态无功补偿，因其价格低廉，适用于负荷波动不频繁的场所。固定补偿装置是70 年代最普遍的无功补偿方式，随着电力电子的应用以及电力部门的考核要求，固定补偿不能满足系统无功的变化，同时因为系统谐波，固定补偿装置对谐波放大形成隐患，该技术目前已逐渐淘汰。

          SVC（静止型动态无功补偿装置）：随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，应用晶闸管技术的SVC 进入无功补偿的舞台，并逐渐占据主导地位。SVC 是一种快速调节无功功率的装置，具有反应时间快（5～20MS）、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广和价格低廉等优点，有较好的抑制不对称负荷的能力，应用十分广泛。SVC 从70 年代在国外投入运行，我国从80 年代开始研究SVC 技术及其应用。

          SVG（静止无功发生器）：将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。与SVC相比，SVG 的响应速度更快、运行范围更宽、谐波电流含量更小，并且电压较低时SVG 仍可向系统注入较大的无功电流，其储能元件的容量较其所提供的无功容量要小。

          ②谐波治理技术

          谐波治理技术的演变大致经历了以下几个阶段：

          第一阶段：主要针对高压专线电网中的谐波问题，电弧炉、中频炉等大容量非线性负荷，谐波的治理技术采用无源滤波技术-LC 滤波回路，主要通过了解电网线路阻抗，有针对性地设计特征次谐波LC 滤波回路，实现对固定次数的谐波滤出，但有谐振的危险，对设计方案、元器件性能、检测数据有较高要求，无法满足系统变化的需求。

          第二阶段：采用电容器回路安装电抗器的技术保护补偿电容器来达到抑制谐波的作用，其一般只能最多减少30%左右的谐波流入电网，因此该技术不能减少谐波源增加对公用电网所造成的危害。

          第三阶段：随着谐波问题逐渐由专用电网向公用电网转移，有源滤波技术快速发展，成为目前行业技术发展的主流：一方面，公用电网负载容量普遍较小、数量众多，产生的谐波次数和谐波量波动大，采用无源滤波技术不但不能解决谐波问题而且有可能引起谐振；另一方面，公用电网无功补偿大多采用集中补偿，谐波抑制技术易造成补偿回路过载，而有源滤波技术从补偿电网中检测出谐波电流和基波无功，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而方向相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波成分，同时动态补偿基波无功功率，使电网无功功率因数达0.99。有源滤波技术能对频率和幅值都变化的谐波及无功功率进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。

          （2）行业发展现状

          为了合理高效的利用电能，发达国家75%以上的电能需经过变换或控制后使用，这一比例仍在不断提高。与发达国家相比我国用电环境更为复杂，且目前我国电能仍主要采用传统输配方式，电力电子技术在输配电、用电过程中应用程度相对较低，电能质量问题较为突出，主要表现在：①我国是生产制造业大国，产业结构中重工业与高耗能企业占据较高份额，如钢铁、冶金、石油、化工、水泥、建材等，这些企业的生产设备与装置易产生谐波、闪变、电压跌落、三相不平衡等电能质量问题，并通过电网将这些电能质量问题传递给其它广大电力用户，造成严重的电网污染；②由于我国电能质量监测与监管机制尚不完善，难以做到“谁污染、谁治理”，电能质量问题主要体现在用户侧市场，我国对电能质量治理的需要也更加迫切、要求更高。

          虽然我国电能质量问题较发达国家更为突出，但截至目前我国电能质量治理水平及对电能质量问题产生危害的认识水平仍然不高，电能质量治理的方式较为粗放，部分工业企业仅出于避免罚款的目的而被动地装设治理装置，电能质量治理装置应用的广度和深度均与发达国家存在较大差距，导致电网系统污染现象较为严重。造成上述现状的原因主要有两方面：①制度层面上，我国对电能质量治理的相关约束机制还有待进一步完善，尽管我国早在1995 年即颁布了《电力法》，并于1996 年出台《电力供应与使用条例》，但总体上这些法规在内容的科学性、可操作性及实际贯彻执行上已不能及时适应全社会环境保护的压力、电力工业的快速发展、用电设备的日益复杂及用户对电能质量的更高要求，我国于2009 年、2010 年才相继出台《供电监管办法》和《电力需求侧管理办法》。②长期以来，我国工业、交通运输业、商业等用电产业生产运营方式较为粗放，精细化管理程度较低，制造业水平较为低端，对优质电能的使用需求不足且缺乏足够的认识；另外，装配电能质量治理装置需要一定前期投入，影响企业收益，因而电能质量治理装置在下游电力用户中的应用水平较低。

          近几年，我国电能质量治理及相关电力电子设备制造业发展较为迅速，迎来极佳的行业发展契机：①受惠于节能减排、清洁能源发展、制造业转型升级等多项产业政策的支持；②不仅在输变电、发电行业及钢铁、冶金、煤炭等传统制造业中的应用规模日益增长，电能质量治理设备在城市轨道交通、beplay下载软件 电网、电动汽车、数据中心以及高端制造业中的应用亦不断拓展和深化；③国内电力电子及应用技术水平的突飞猛进。

          我国传统的无功补偿市场主要在供电、输配电一侧。作为制造业大国，近年来用电设备及用电负荷大幅增加，导致电能质量问题日益突出，促进了用电侧无功补偿市场的快速增长。中国电源工业协会数据显示，用户侧无功补偿装置对新增发电装机容量的比例约0.3:1，即每增加1kVA 发电容量，需配套0.3kvar 低压无功补偿装置；用户侧无功补偿装置在替代更换市场对存量发电装机容量的比例为0.03:1，即1kVA 发电容量可带来0.03kvar 低压无功补偿装置需求。在我国电力装机容量不断增长的背景下，2010 年-2014 年我国用户侧无功补偿市场规模从2010 年的68.8 亿元逐步增至2014 年的88.7 亿元，年复合增长率达6.56%。考虑到未来对电网质量管理的不断加强，以及对原有无功补偿装置的替代更新，低压无功补偿的市场容量会进一步扩大，预计到2020 年市场规模会达到144.31 亿元，年复合增长率达7.69%。
             通过对一些用电负荷的分析测试，冶金行业的谐波含量约为30-35%，化工、制药、建材行业谐波含量约为30%，民用及办公负荷的谐波含量不低于10%，由此估计全部电力负荷中谐波含量不低于15%，这些谐波大部分没有得到有效治理。受益于产业政策支持、下游应用市场需求拉动及电力电子行业内部不断进步，近年来我国谐波治理设备市场规模快速增长，由2010 年的2.87 亿元增至2014年的10.05 亿元，年复合增长率达36.80%。预计到2020 年我国谐波治理市场规模将达17.80 亿元，2014 年-2020 年复合增长率达10.02%。

单位：亿元

 

          2、电力电子设备制造业发展概况

          电力电子技术的核心是电力电子元器件技术。电力电子元器件的发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。20 世纪50 年代第一只晶闸管问世，以此为基础开发的可控硅整流装置成为电气传动领域的一次革命。大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但大约20%的电能是以直流形式消费。大功率硅整流器能够高效率地将工频交流电转变为直流电，因此在上世纪60、70 年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以迅速发展。20 世纪70 年代全球能源危机的发生，使交流电机变频调速因节能效果显著而得到快速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz 的交流电。70、80 年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GTO）成为当时电力电子器件的主角。这一阶段的电力电子技术已能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。80 年代后，大规模集成电路技术的发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件：功率MOSFET 的问世，促使中小功率电源向高频化发展；绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的出现，为大中型功率电源向高频发展带来机遇。

          由于在降低能源消耗、提升能源使用效率、确保用电安全等方面良好的应用效果，电力电子技术目前已涉及国民经济的众多部门，广泛应用于电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等众多行业。发达国家超过75%的电能经过电力电子变换或控制后使用，预计未来将达到95%以上的使用率。我国由于产业发展起步较晚，大部分电能仍采用传统输配方式，电力电子技术使用率远低于发达国家，仍存在较大提升空间。近年来，受益于国家加大对传统产业节能减排的投入力度，以及新能源、beplay下载软件 电网、电动汽车等新兴产业的快速发展，我国电力电子行业不断拓展市场广度和深度，市场规模不断扩大。

          未来，电力电子技术将向以下几个方向发展：①集成化：高度集成化将使电力电子装置体积更小、重量更轻、功率密度更高、性能更优；②beplay下载软件 化：装置更具自动调节能力，从而获得更高的性能指标，包括高效率、高功率因数、宽调速范围、快速准确的动态性能及高故障容错能力等；③通用化：有效扩大使用范围，降低制造成本；④信息化：现代信息技术应用于电力传动系统中，使其不仅是转换、传送能量的装置，也成为传递和交换信息的通道。

          3、行业供求状况及变动原因

          （1）影响行业需求的主要因素

          宏观经济景气周期和固定资产投资：电能质量治理及相关电力电子设备制造业与宏观经济的周期波动存在一定相关性。宏观经济周期处于扩张期时，基础设施、制造业、房地产等行业固定资产投资规模增加，将拉动电能质量治理及相关电力电子设备的需求。反之，电能质量治理及相关电力电子设备制造业需求将受到抑制。

          我国产业转型升级进程：为了促进经济长期、健康、持续发展，我国正逐步摆脱粗放、低效的传统经济增长方式，转而追求经济增长的质量和效益，推动产业转型升级，加大力度扶持信息技术、航空航天、高端装备、精密制造等战略新兴产业。这些新兴产业对电能质量有较高的要求，其发展将有力地带动电能质量治理相关行业的增长。

          行业法规政策的制定与执行：近年来我国电力工业快速发展、用电设备日趋复杂、电力用户对电能质量要求逐步提高，我国在供电、输配电、用电领域的法规制度在科学性、可操作性及实际执行上尚不足以适应快速变化的电力环境。随着环保压力的加大、用电安全和质量日益受到重视，我国电能质量监测与监管机制将逐步完善，并对电能质量治理及相关电力电子设备制造业的稳步健康发展产生积极作用。

          （2）影响行业供给的主要因素

          行业技术进步：伴随着电力工业及下游电力应用市场的不断发展，包括电力质量治理及其他电力电子设备的应用领域不断拓展，应用环境日趋复杂，要求设备制造商在产品、技术、工艺等领域持续研发，不断开发出满足用户特定用电需求的电力设备。

          资金：电能质量治理行业在我国发展时间较短，市场集中度较低，市场参与者多为民营中小企业，资金主要来自于自身积累，融资能力较弱。而行业的特点要求企业必须在生产、研发、质检等方面进行持续投入，因而资金投入是否充足将对行业供给产生影响。
4、行业未来发展趋势

          （1）产品和技术方面的未来发展趋势

          电能质量治理的核心是能够对所供应的电力进行控制、变换，为用户或负荷提供质量合格、性能稳定、符合要求的电力，其中无功补偿与谐波抑制技术是电能质量治理的关键支撑技术。

          随着各种变频器、换流器、整流装置在负荷侧的大量使用，电网中存在着大量波动负荷和非线性负荷。电力电子装置开始成为完成这种控制和变换的关键，基于全控的IGBT 器件的静止无功发生器（SVG）和有源电力滤波器（APF）成为电能质量治理技术发展的主要方向。近年来，电力电子装置逐渐向高频化、高功率密度及低损耗的方向发展。新的拓扑结构、控制方法层出不穷。多电平结构的SVG、APF 开关损耗小、等效输出高频纹波小、输出滤波设计简单，可大大提高装置的功率密度，逐渐成为设计的主流。

          提高功率因数已不是SVG 的唯一功能，简单的谐波抑制和不平衡补偿功能也能由SVG 实现。有源滤波器的分次补偿功能可充分利用有源滤波器的容量，但同时也需要大量的计算，此时FPGA 芯片显示出其并行处理的强大功能。同时，基于硬件逻辑门电路设计的FPGA 芯片更加稳定可靠，运行更安全。考虑到现场的可维修性和工程配置的灵活组合，模块化的有源补偿或滤波产品得到了广泛认可。但多模块并联时，每个模块的输出滤波支路也并联运行，增大了和系统阻抗谐振的可能性，稳定运行能力减弱。

          随着电力系统的改变，特别是分布式电源高密度地接入电网，对电能质量治理技术产生以下新的需求：负荷侧同时也是电源侧，电网结构复杂性和分布式电源的不确定性，使供配电系统的电能质量恶化，其中有功不平衡引起的电压稳定、低频振荡、损耗增大问题尤为严重。而解决上述问题关键技术是储能技术和有功补偿技术，这是电能质量治理领域的未来发展方向之一。

          有功控制技术是电能质量治理的关键技术之一，储能发电是实现有功控制的主要手段。在分布式电源接入电网和负荷终端对有功控制的需求、储能技术进步促使成本降低，以及产业政策支持的驱动之下，储能发电产业已开始呈现爆发式增长趋势。在未来的几年内，储能发电产业价值规模将在每年数百亿元左右，意味着有功控制技术将成为电能质量治理产业重要的支撑技术之一。

          随着新一轮电改政策的推动，以及互联网、物联网技术的发展，需求侧能量管理愈发受到政府、企业的重视，区域供配电网络会进一步整合各种供用电设备，实现beplay下载软件 互联、信息互通，大量用电企业会依托云数据平台和beplay下载软件 设备，开展第三方运维和托管，将出现集能源供应、能源管控、能源调度、能源使用一体化的新型工商业企业集群，导致beplay下载软件 化、定制化柔性电力技术迅猛发展。

         （2）电力行业格局改变，推动电力设备制造企业转型升级

          2015 年3 月，中共中央、国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发[2015]9 号），推进新一轮电力体制改革，力求回归电能的商品属性，形成市场决定电价的机制，以电价为中心引导资源的有效开发和合理利用，提高能源使用效率和安全可靠性，促进公平竞争、节能环保。

          基于上述规划意见，电力行业格局将发生改变，具体表现在：为降低用电成本，大用户将更加积极地利用光伏、风能、余热、余压等可再生能源建设分布式能源，提高能源自给率；大用户将更加重视负荷控制和储能电源建设，通过调峰降低购电成本；对输配电业务的有序放开，将会有企业集中购电，并通过综合优化资源配置对某一区域内的分散的中小电力用户提供优质、安全、可靠的电力，降低电力用户用电成本。

          电力行业格局的改变，为电能质量治理及相关电力电子设备制造业创造了巨大的市场需求，同时更多分布式电源高密度接入电网、电网结构的日趋复杂和不确定性提高，也对行业提出了更多要求。传统企业仅局限于设备制造、简单技术服务的业务模式已无法适应行业发展。只有具备综合能源服务管理能力，拥有设备制造能力的同时兼具软件开发和系统集成能力，并且拥有个性化定制电能质量治理解决方案能力和全业务流程精细化管理能力的企业，才能在未来行业发展中保持竞争优势。

          （3）产业趋于整合，行业集中度将进一步提高

          我国电力市场规模庞大，对各类型电气设备需求量较大，经过多年发展催生出大量围绕发电、输配电、用电环节开拓业务的电力设备制造商。随着行业竞争日趋加剧，低价恶性竞争时有发生，产品质量、技术、服务无法得到可靠保证。

          由于用电安全可靠对生产、生活及社会稳定发展的极端重要性，未来产品质量低下、缺乏持续创新能力和运维服务能力的供应商势必遭到市场淘汰，少数在研发技术、系统集成、定制化产品设计等方面具备竞争优势的领先设备制造企业将可能通过拓展业务领域、技术革新、横向并购等方式扩大市场份额。