長(zhǎng)江證券　李勃

　　報(bào)告要點(diǎn)

　　電力電子技術(shù)無(wú)處不在、天生具有節(jié)能效果預(yù)計(jì)全球未來(lái)將有95%以上的電能要經(jīng)過(guò)電力電子技術(shù)的處理后才能使用。電力電子行業(yè)涉及三個(gè)領(lǐng)域：電力電子元器件(上游)、電力電子裝置(中游)、電力電子技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用(下游)。應(yīng)用電力電子技術(shù)改造傳統(tǒng)設(shè)備，節(jié)電量將達(dá)500億千瓦時(shí)，相當(dāng)于全國(guó)總發(fā)電量的1/10。

　　電力電子技術(shù)的核心是電力電子元器件電力電子元器件的發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，以功率MOSFET和IGBT為代表的功率半導(dǎo)體器件的誕生，標(biāo)志著傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。CCID預(yù)計(jì)電力電子器件的年平均增長(zhǎng)速度超過(guò)20%。IGBT等新型電力電子器件的年平均增長(zhǎng)率超過(guò)30%。

　　電力電子裝置種類繁多、行業(yè)應(yīng)用范圍極廣電力電子裝置主要包括三大類產(chǎn)品：變頻器、電能質(zhì)量類產(chǎn)品以及電子電源產(chǎn)品。電力電子技術(shù)無(wú)論對(duì)改造傳統(tǒng)工業(yè)(電力、機(jī)械、礦冶、交通、化工、輕紡等)，還是對(duì)新建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)(航天、激光、通信、機(jī)器人等)和高效利用能源均至關(guān)重要。

　　電力電子技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用涉及發(fā)電、輸電、配電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)。市場(chǎng)容量巨大，且都處于行業(yè)快速成長(zhǎng)的初期。

　　重點(diǎn)關(guān)注公司榮信股份、國(guó)電南自、許繼電氣、動(dòng)力源、金自天正

　　一、電力電子技術(shù)的概念

　　電能的主要參數(shù)是電壓、電流和頻率。電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換及控制的一種現(xiàn)代技術(shù)，基本功能包括：整流(交流變成直流)、逆變(直流變成交流)、斬波(直流變成直流)、變頻(改變供電頻率)、開關(guān)和智能控制等。它使電網(wǎng)的工頻電能最終轉(zhuǎn)換成不同性質(zhì)、不同用途的電能，以適應(yīng)千變?nèi)f化的用電裝置的不同需要。

　　電力電子在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的地位。為了合理高效地利用電能，現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家電能的75%要經(jīng)過(guò)這種變換或控制后使用，預(yù)計(jì)21世紀(jì)將達(dá)到95%以上。目前我國(guó)經(jīng)過(guò)變換或控制后使用的電能僅占30%，70%的電能仍采用傳統(tǒng)的傳輸方式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)用電力電子技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)的效果。即使如此，按照目前的增長(zhǎng)比例推算，到2010年我國(guó)將有25560萬(wàn)千瓦電能需要變換或控制(備注：到2010年末，我國(guó)電力需求將達(dá)到3.81億千瓦時(shí)，發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到8.52億千瓦)，可見電力電子技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的潛力是十分巨大的。

　　電力電子技術(shù)是連接弱電和強(qiáng)電的橋梁，盡管電力電子行業(yè)屬于輸變電設(shè)備制造業(yè)的子行業(yè)，但電力電子技術(shù)的應(yīng)用不局限于輸變電設(shè)備制造業(yè)，從市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)鏈的角度，我們將電力電子行業(yè)概括為三個(gè)領(lǐng)域，一是電力電子元器件(上游)，一個(gè)是電力電子裝置(中游)，再就是電力電子技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用(下游)。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)：電力電子元器件、電力電子應(yīng)用裝置、各行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)需求比例是1：

　　3：57。2003年國(guó)際電力電子器件市場(chǎng)為105億美元，支持著320億美元的電力電子應(yīng)用裝置，牽動(dòng)支撐著6000億美元的應(yīng)用市場(chǎng)。中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2004年國(guó)內(nèi)電力電子制造業(yè)產(chǎn)值和銷售收入規(guī)模在20億元以上，由于該數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的口徑僅限于電力電子行業(yè)中部分國(guó)內(nèi)制造企業(yè)，并且主要以元器件企業(yè)為主，因此，我們認(rèn)為，實(shí)際規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此，假設(shè)國(guó)內(nèi)電力電子元器件企業(yè)的銷售收入規(guī)模為20億元，那么按照上述比例推斷，包括電力元器件、電力電子裝置和行業(yè)應(yīng)用在內(nèi)的全部市場(chǎng)容量每年至少都在1000億元以上。

　　二、電力電子技術(shù)的節(jié)能效果

　　電力電子技術(shù)天生具有節(jié)能的效果。應(yīng)用電力電子技術(shù)改造傳統(tǒng)設(shè)備，單臺(tái)節(jié)電率平均可達(dá)20%左右。如在全國(guó)推廣，節(jié)電量將達(dá)500億千瓦時(shí)，相當(dāng)于全國(guó)總發(fā)電量的1/10。

　　采用巨型晶體管(GTR)等功率集成器件的交流高效調(diào)速裝置，可使風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備調(diào)速運(yùn)行的耗電量比傳統(tǒng)的節(jié)流方式要少30%左右。我國(guó)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)和水泵2000多萬(wàn)臺(tái)，總耗電量占全國(guó)發(fā)電量的30%以上，其中70%靠調(diào)節(jié)擋板或閥門變流量運(yùn)行。

　　如有1/3改造為調(diào)速運(yùn)行，即可節(jié)電150億千瓦時(shí)。如果交流電力機(jī)車也采用變頻調(diào)速，可節(jié)電近30億千瓦時(shí)。

　　用柵極可關(guān)斷晶閘管(GTO)開發(fā)的直流高效調(diào)速方式的載波調(diào)波裝置，以取代電阻器，用于城市電車、工礦電機(jī)車和電瓶車調(diào)速運(yùn)行，可節(jié)電20%左右。沈陽(yáng)市改造了500輛無(wú)軌電車，年節(jié)電400多萬(wàn)千瓦時(shí)。如將GTO載波技術(shù)推廣到全國(guó)，則可節(jié)電10～30億千瓦時(shí)。

　　采用靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)或功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET開發(fā)的)、能可靠地工作于50kHz的高頻鎮(zhèn)流器替代工頻電感鎮(zhèn)流器，可節(jié)電20%以上；若用稀土三基色高效熒光燈和電感鎮(zhèn)流器則可節(jié)電50%。我國(guó)照明用電占全國(guó)總發(fā)電量的8.0%以上，如能改造2/3，則可節(jié)電130億千瓦時(shí)。采用MOSFET開發(fā)的逆變式電焊機(jī)，電工頻交流和直流弧焊機(jī)節(jié)電30%～40%，省材3/4。改造1萬(wàn)臺(tái)直流弧焊機(jī)則可節(jié)電1億千瓦時(shí)。若使工頻電爐高頻化，則效率將由50%提高到70%以上。

　　采用不對(duì)稱晶閘管(ASCR)或MOSFET、SITH，使中頻電源高頻化，不僅可提高電熱轉(zhuǎn)換效率，而且可擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)正在運(yùn)行的12000臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)高頻電爐(以100千瓦為基準(zhǔn))，由于高頻振蕩器仍沿用電子管，因此，整機(jī)效率只有50%左右。

　　若用靜電感應(yīng)晶體管(SIT)代替電子管，則效率可達(dá)80%左右(其中高頻功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%左右)，微觀節(jié)電30%～40%，宏觀節(jié)電量達(dá)10億千瓦時(shí)左右。

　　全國(guó)配電變壓器若有70%配裝無(wú)功補(bǔ)償自控裝置，則可節(jié)電100億千瓦時(shí)。

　　若采用雙向晶閘管(BSCR)開發(fā)大功率交流過(guò)零無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，不但可大大降低用電設(shè)備的起停沖擊能耗，并可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

　　三、電力電子元器件的發(fā)展

　　電力電子技術(shù)的核心是電力電子元器件技術(shù)。電力電子元器件的發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來(lái)的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。今后，電力電子元器件技術(shù)將由半控型、全控型器件進(jìn)入全新的智能型時(shí)代。其表現(xiàn)是，一方面原有各新型電力電子器件額定參數(shù)不斷提高；另一方面電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，使電力電子器件朝著大容量、智能化方向迅速發(fā)展。

　　1、整流器時(shí)代

　　大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無(wú)軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡�因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。

　　2、逆變器時(shí)代

　　七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī)，交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調(diào)速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)

　　和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取＿@時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

　　3、變頻器時(shí)代

　　進(jìn)入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。

　　CCID研究認(rèn)為，電力電子器件的年平均增長(zhǎng)速度在20%附近，2005年市場(chǎng)容量超過(guò)200億元。IGBT等新型電力電子器件的年平均增長(zhǎng)率超過(guò)30%，較一般電力電子器件的年平均增長(zhǎng)率高。2005年中國(guó)IGBT器件銷量達(dá)到1.33億只，和2004年相比增長(zhǎng)44.0%；銷售額達(dá)到23.0億元，比2004年增長(zhǎng)25.3%。IGBT為代表的新型功率器件對(duì)于技術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)企業(yè)基本上沒(méi)有生產(chǎn)能力，中國(guó)市場(chǎng)需求的新型電力電子半導(dǎo)體器件基本依靠進(jìn)口。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)IGBT為代表的新型功率器件市場(chǎng)主要被歐美、日本企業(yè)所壟斷。Semikron、EUPEC、三菱、Sanken、飛兆、富士、IR、東芝、IXYS、ST是國(guó)內(nèi)IGBT市場(chǎng)中銷售額位于前10位的企業(yè)。

　　四、電力電子裝置及系統(tǒng)——電力電子技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用

　　電力電子裝置主要包括三大類產(chǎn)品：變頻器(也稱“變頻調(diào)速”)、電能質(zhì)量類產(chǎn)品(含無(wú)功補(bǔ)償SVC、高壓直流輸電HVDC、柔性交流輸電FACTS等)，以及電子電源產(chǎn)品。電力電子裝置朝著高性能化、智能化、全數(shù)字控制、系統(tǒng)化和綠色華(無(wú)諧波公害)發(fā)展。

　　電力電子技術(shù)無(wú)論對(duì)改造傳統(tǒng)工業(yè)(電力、機(jī)械、礦冶、交通、化工、輕紡等)，還是對(duì)新建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)(航天、激光、通信、機(jī)器人等)和高效利用能源均至關(guān)重要。未來(lái)應(yīng)用熱點(diǎn)是變頻調(diào)速、電力系統(tǒng)電力電子化、汽車電子、信息、辦公自動(dòng)化、家電用電力電子，牽引用(電力機(jī)車、城市軌道交通車)電力電子、新能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、燃料電池)逆變裝置等(如下圖所示)。

　　我們主要分析電力電子技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)用的幾個(gè)領(lǐng)域，包括變頻器、電子電源、電力系統(tǒng)應(yīng)用等三大方面。

　　1、變頻器——2000-3000億元的市場(chǎng)總?cè)萘?/p>

　　變頻器被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的維生素”，集微電子、電力電子和控制技術(shù)于一體，通過(guò)將固定頻率的交流電源轉(zhuǎn)換成電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。在節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平等方面，具有突出的作用。變頻器的種類可以按照電壓、功率和負(fù)載類型來(lái)劃分。以電壓為標(biāo)準(zhǔn)，通常把低于690V的定為低壓變頻器市場(chǎng)，譬如220V和380V；高于這個(gè)等級(jí)的為中高壓變頻器市場(chǎng)，常見的電壓等級(jí)有1,140V、2,300V、3,000/3,300V、4,160V、6,000/6,300/6,600V和10,000V。以功率為換分標(biāo)準(zhǔn)，變頻器通常劃分為<=7.5 KW、11-30 KW、37-90KW、>= 110KW四個(gè)功率段；如果以負(fù)載類型為標(biāo)準(zhǔn)，則劃分為三類：一是提升負(fù)載，主要使用行業(yè)為電梯和起重，此類變頻器需要適應(yīng)頻繁的起停和正反轉(zhuǎn)、大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，由于是與人直接相關(guān)的作業(yè)，對(duì)可靠性有著非常高的要求。這些特點(diǎn)決定了提升負(fù)載是技術(shù)門檻最高的一個(gè)類別。二是機(jī)械負(fù)載，它是變頻器市場(chǎng)最大的一塊，占據(jù)市場(chǎng)的近一半。除了冶金(軋機(jī)等)和造紙采用較大功率變頻器之外，主要運(yùn)用于配套較小功率變頻器的OEM市場(chǎng)，如紡織機(jī)械、包裝機(jī)械等。機(jī)械負(fù)載對(duì)精度有較高的要求，同提升負(fù)載一樣，多采用矢量型變頻器。三是風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，這是最為常見的運(yùn)用類型，負(fù)載較為簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高。因此，也可以把這塊市場(chǎng)看作變頻器的低端市場(chǎng)。

　　變頻器的市場(chǎng)很大，在電力、機(jī)械、交通、紡織與化纖、建材、建筑、石油、化工、醫(yī)療、冶金、市政、造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)以及公用工程(中央空調(diào)、供水、水處理、電梯等)中，變頻器都在發(fā)揮著重要作用。2004年，工控網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)變頻器市場(chǎng)規(guī)模(供應(yīng)商端銷售額，不含稅)為66.3億元人民幣、48.4萬(wàn)臺(tái)、810萬(wàn)KW。工控網(wǎng)預(yù)計(jì)未來(lái)幾年行業(yè)增長(zhǎng)如下：

　　由于統(tǒng)計(jì)口徑和統(tǒng)計(jì)方法的不同，中國(guó)機(jī)械研究院對(duì)高壓變頻器(6KV-10KV)市場(chǎng)需求的預(yù)測(cè)相對(duì)比較樂(lè)觀，不含軟啟動(dòng)裝置，對(duì)2005年變頻器(含中低壓和高壓)市場(chǎng)規(guī)模的分析結(jié)論與中國(guó)工控網(wǎng)大體一致，約為70億元。

　　不管怎樣，中國(guó)的變頻器市場(chǎng)目前正處于一個(gè)高速增長(zhǎng)的時(shí)期，是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。

　　在過(guò)去的幾年內(nèi)中國(guó)變頻器市場(chǎng)保持著12%～15%的增長(zhǎng)率(高壓變頻今后增長(zhǎng)速度最快，預(yù)計(jì)超過(guò)50%)，這個(gè)速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了近幾年的GDP增長(zhǎng)水平，而且至少在未來(lái)的5年內(nèi)保持著10%以上的增長(zhǎng)率。考慮到大約4～6%的價(jià)格下降，中國(guó)市場(chǎng)上變頻器安裝容量(功率)的增長(zhǎng)實(shí)際上在20%左右。按照這樣的發(fā)展速度和中國(guó)市場(chǎng)的需求計(jì)算，至少在10年以后市場(chǎng)才能飽和并逐漸成熟。

　　目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家逐年增多、發(fā)展速度較快，尤其是沿海開放省市如廣東、山東、上海、江蘇等，較知名的廠家有安圣、森蘭、惠豐等。另外，國(guó)外知名廠家紛紛來(lái)華合資、投資建廠，以降低成本，更優(yōu)的價(jià)格供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并已擠占相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額，如ABB、日立、臺(tái)達(dá)等。國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外大公司在技術(shù)上相比，還有較大差距。國(guó)產(chǎn)變頻器的檔次低，主要是低壓(400V)小容量(315kW以內(nèi))產(chǎn)品。而對(duì)功能先進(jìn)(含矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制)、高電壓(3000V以上)、大容量(1000kW以上)變頻器，國(guó)內(nèi)還處于研制階段，未見成熟產(chǎn)品，尤其是高壓大容量型，目前國(guó)內(nèi)尚屬空白。

　　而且，核心部件受制于人，國(guó)產(chǎn)機(jī)所需半導(dǎo)體功率器件的生產(chǎn)幾乎是空白，不得不依靠進(jìn)口。

　　2、電子電源——每年170億元以上的市場(chǎng)需求

　　電源包括電子電源和化學(xué)物理電源，與電力電子技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的是電子電源。電子電源就是對(duì)公用電網(wǎng)或某種電能進(jìn)行變換和控制，向各種用電負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備。

　　1)開關(guān)電源

　　程控交換站，計(jì)算機(jī)、電視、醫(yī)療設(shè)備、航天、航海艦艇及家電上，都廣泛應(yīng)用開關(guān)電源，開關(guān)電源最大的應(yīng)用領(lǐng)域是在通信行業(yè)，美國(guó)開關(guān)電源中用于通信方面的占開關(guān)電源總量的35%。這些開關(guān)電源都采用高頻化技術(shù)，使其體積重量大大減小，能耗和材料也大為降低。

　　通信開關(guān)電源大概每年至少50億元的市場(chǎng)規(guī)模，其中，DC/DC變換器模塊電源約占25%，AC/DC整流器約占75%。由于中國(guó)的通信事業(yè)投資比較集中，通信電源在開關(guān)電源總額中所占比例較大，根據(jù)業(yè)內(nèi)人士推算(按通信電源占比50%計(jì)算)，全國(guó)開關(guān)電源總額就達(dá)100億元以上，這里不包括各種家用電器和電子儀器內(nèi)部的開關(guān)電源。

　　目前全球開關(guān)電源市場(chǎng)超過(guò)120億美元，年增長(zhǎng)率約4%~6%，由于應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)分散，全球供應(yīng)商數(shù)量超過(guò)1,000家。大致格局是，中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)主導(dǎo)AC/DC電源市場(chǎng)，歐洲企業(yè)主導(dǎo)DC/DC轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)。若以應(yīng)用劃分，電盛蘭達(dá)為代表的日本企業(yè)在工業(yè)電源市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)先。

　　2)不間斷電源(UPS)

　　不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。UPS優(yōu)點(diǎn)在于持續(xù)不間斷、穩(wěn)定；另外還起著交流、直流互相轉(zhuǎn)換的作用。從功能上講，UPS可以在市電出現(xiàn)異常時(shí)，有效地凈化市電，還可以在市電突然中斷時(shí)持續(xù)一定時(shí)間給電腦等設(shè)備供電，使工作人員從容應(yīng)對(duì)。

　　現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理，進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速，已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

　　根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部計(jì)算機(jī)與微電子發(fā)展研究中心(CCID)統(tǒng)計(jì)(1998年以前數(shù)據(jù))和賽迪顧問(wèn)市場(chǎng)調(diào)查(2000年以后數(shù)據(jù))顯示，1998年到2003年，UPS年均銷售86.1萬(wàn)臺(tái)，年均銷售額約22.43億元人民幣。賽迪顧問(wèn)統(tǒng)計(jì)2006年UPS電源市場(chǎng)需求規(guī)模約為26億元，市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)情況如下圖：

　　綜上所述，僅開關(guān)電源、UPS每年的市場(chǎng)規(guī)模大約為130億元。電源種類還有許多，如變頻電源、電解電鍍電源、焊接電源、感應(yīng)加熱電源、充電電源、霓虹燈和照明電源等。種類繁多，分布廣泛。若把它們都計(jì)算在內(nèi)，保守估計(jì)，電子電源的市場(chǎng)規(guī)模將在170億元以上。

　　3、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用——需求巨大、細(xì)分市場(chǎng)眾多

　　電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的最重要和最有潛力的市場(chǎng)領(lǐng)域之一。其典型應(yīng)用有高壓直流輸電HVDC、靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS(包括靜止電壓補(bǔ)償器、靜止相位補(bǔ)償器、功率流控制器等)、有源電力濾波器(APF)、蓄能電站用交流勵(lì)磁系統(tǒng)等。

　　進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)電力建設(shè)規(guī)模更為巨大，在大規(guī)模進(jìn)行電力建設(shè)的同時(shí)，還要大力推進(jìn)以科技進(jìn)步為中心的節(jié)能、節(jié)電、提高效益的電力技術(shù)改造工作。從用電角度來(lái)說(shuō)，利用電力電子技術(shù)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，提高用電效率；從發(fā)、輸配電角度來(lái)說(shuō)，必須利用電力電子技術(shù)提高發(fā)電效率和提高輸配電質(zhì)量。目前，電力電子技術(shù)在電能的發(fā)生、輸送、分配和使用的全過(guò)程都得到了廣泛而重要的應(yīng)用，如表4所示。與其它應(yīng)用領(lǐng)域相比，上述這些應(yīng)用要求電力電子裝置具有更高的電壓、更大的功率容量和更高的可靠性。

　　1)發(fā)電系統(tǒng)

　　電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用以改善發(fā)電機(jī)組等多種設(shè)備的運(yùn)行特性為主，包括：

　　——大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制裝置

　　勵(lì)磁裝置是指同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中除勵(lì)磁電源以外的對(duì)勵(lì)磁電流能起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置。勵(lì)磁系統(tǒng)是電站設(shè)備中不可缺少的部分。勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁電源和勵(lì)磁裝置，其中勵(lì)磁電源的主體是勵(lì)磁機(jī)或勵(lì)磁變壓器；勵(lì)磁裝置則根據(jù)不同的規(guī)格、型號(hào)和使用要求，分別由調(diào)節(jié)屏、控制屏、滅磁屏和整流屏幾部分組合而成。勵(lì)磁裝置的使用，是當(dāng)電力系統(tǒng)正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓于一給定的水平上，同時(shí)，還具有強(qiáng)行增磁、減磁和滅磁功能。對(duì)于采用勵(lì)磁變壓器作為勵(lì)磁電源的還具有整流功能。勵(lì)磁裝置可以單獨(dú)提供，亦可作為發(fā)電設(shè)備配套供應(yīng)。

　　靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。

　　目前中國(guó)水電勵(lì)磁裝置從制造廠家來(lái)看，首先是有多家外國(guó)制造商，如廣州抽水蓄能電站引進(jìn)阿爾斯通的勵(lì)磁裝置，隔河巖電站引進(jìn)加拿大通用電氣公司的勵(lì)磁裝置，馬跡塘、五強(qiáng)溪電站引進(jìn)奧地利伊林公司勵(lì)磁裝置，三峽水電站采用西門子的盛磁裝置等等；也有引進(jìn)技術(shù)的合作生產(chǎn)企業(yè),如李家峽電站部分機(jī)組由東方電機(jī)廠與ABB合作完成；還有擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)營(yíng)和民營(yíng)科技企業(yè)，如國(guó)電公司南京自動(dòng)化研究所、國(guó)電公司電力科學(xué)院、河北工業(yè)大學(xué)電工廠、華中理工大學(xué)等10多個(gè)單位都開發(fā)了數(shù)字式調(diào)節(jié)器。從水電勵(lì)磁裝置的技術(shù)狀況來(lái)分，不論是原裝進(jìn)口，還是中國(guó)制造，都有與世界水平同步的高端數(shù)字化產(chǎn)品,也有老、小水電站至今還沿用著的模擬分立器件產(chǎn)品、磁放大器及磁場(chǎng)變阻器等勵(lì)磁裝置。機(jī)組狀況不同,其勵(lì)磁裝置的技術(shù)水平也參差不齊。但是,從國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家在中國(guó)水電站運(yùn)行的各種勵(lì)磁裝置來(lái)年，雖然各有千秋，但技術(shù)特點(diǎn)還是基本相同的。

　　——水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻

　　勵(lì)磁水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)(尤其是抽水蓄能機(jī)組)，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速亦隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組變速運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。

　　——發(fā)電廠風(fēng)機(jī)、水泵的變頻調(diào)速

　　發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國(guó)內(nèi)不超過(guò)20個(gè)生產(chǎn)廠家，利德華福目前是高壓變頻行業(yè)的國(guó)內(nèi)企業(yè)龍頭，主要面臨跨國(guó)公司的競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手包括ABB、西門子、Rockwell等。

　　統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：從2001年開始，電力行業(yè)的高壓變頻應(yīng)用主要集中在引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；在該專業(yè)設(shè)備的應(yīng)用超過(guò)電力行業(yè)總體應(yīng)用的42%，占有很高的比重。而且，呈現(xiàn)逐年遞增的勢(shì)態(tài)。高壓變頻在引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用開始向300MW以上機(jī)組，大功率、超大功率的產(chǎn)品應(yīng)用方面發(fā)展。

　　透過(guò)近幾年電力行業(yè)高壓變頻應(yīng)用情況的統(tǒng)計(jì)分析，可以看出：在電力行業(yè)有諸多設(shè)備具有變頻應(yīng)用前景和空間。可進(jìn)行變頻改造的設(shè)備有16類之多，但是其中廣泛推廣、被眾多用戶所接受的還主要集中在引風(fēng)機(jī)和凝結(jié)泵兩類設(shè)備上。

　　業(yè)內(nèi)人士分析，高壓變頻在電力行業(yè)的應(yīng)用，具有鮮明的應(yīng)用技術(shù)特征。在產(chǎn)品本身技術(shù)成熟的同時(shí)，其應(yīng)用空間和前景有賴于系統(tǒng)成套應(yīng)用技術(shù)的成熟和發(fā)展。高壓大功率產(chǎn)品在引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，則得益于變頻調(diào)速技術(shù)在引風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用和完整解決方案等方面的成熟和被廣泛認(rèn)可。而在其它專業(yè)設(shè)備的應(yīng)用方面，可以應(yīng)用大功率產(chǎn)品卻沒(méi)有被廣泛推廣應(yīng)用的原因，還主要是集中在系統(tǒng)成套應(yīng)用技術(shù)的整體解決、系統(tǒng)安全性等方面，而不在是因?yàn)楦邏鹤冾l技術(shù)本身。也正是在專業(yè)設(shè)備應(yīng)用方面的技術(shù)門檻，才使得眾多用戶和設(shè)備提供商望而卻步。下表是一臺(tái)300MW機(jī)組進(jìn)行變頻節(jié)能應(yīng)用的典型配置情況。

　　——太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)

　　開發(fā)利用無(wú)窮盡的潔凈新能源———太陽(yáng)能，是調(diào)整未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。光伏控制器和逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，大功率太陽(yáng)能發(fā)電，無(wú)論是獨(dú)立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng)，通常需要將不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的控制器和逆變器成為系統(tǒng)的核心。合肥陽(yáng)光電源生產(chǎn)的光伏控制器和逆變器以最優(yōu)的性價(jià)比占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額的70%，此項(xiàng)業(yè)務(wù)每年實(shí)現(xiàn)7000多萬(wàn)元的銷售收入，我們推算現(xiàn)階段整個(gè)市場(chǎng)需求規(guī)模每年1億元多，但增長(zhǎng)會(huì)相當(dāng)快。

　　2)輸電系統(tǒng)

　　——柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)

　　柔性的交流輸電技術(shù)是上世紀(jì)八十年代后期出現(xiàn)的新技術(shù)，近年來(lái)在世界上發(fā)展迅速。柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電力潮流的措施，如機(jī)械控制的移相器、帶負(fù)荷調(diào)變壓器抽頭、開關(guān)投切電容和電感、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置等，只能實(shí)現(xiàn)部分穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)節(jié)功能，而且，由于機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)慢，無(wú)法適應(yīng)在暫態(tài)過(guò)程中快速柔性連續(xù)調(diào)節(jié)電力潮流、阻尼系統(tǒng)振蕩的要求。因此，電網(wǎng)發(fā)展的需求促進(jìn)了柔性交流輸電這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

　　到目前，F(xiàn)ACTS控制器已有數(shù)十種，按其安裝位置可分為發(fā)電型、輸電型和供電型3大類，已應(yīng)用的FACTS控制器有靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、靜止調(diào)相機(jī)(STATCOM)、靜止快速勵(lì)磁器(PSS)、串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)、晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)、晶閘管控制申聯(lián)電抗器(TCSR)和可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器(CSC)等。

　　近年來(lái)，柔性交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、日本、瑞典、巴西等國(guó)重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用(如表6)。但FACTS技術(shù)的應(yīng)用還局限于個(gè)別工程，如果大規(guī)模應(yīng)用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問(wèn)題，例如：多個(gè)FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問(wèn)題，F(xiàn)ACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護(hù)的銜接問(wèn)題，F(xiàn)ACTS控制納人現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)間題等等。隨著電力電子器件的性能提高和造價(jià)降低，以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價(jià)會(huì)降低，在不久的將來(lái)會(huì)比常規(guī)的輸配電方案更具競(jìng)爭(zhēng)力。

　　——高壓直流輸電技術(shù)(HVDC)

　　高壓直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過(guò)換流閥變成直流電，然后通過(guò)直流輸電線路送至受電端再變成交流電，注入受端交流電網(wǎng)。

　　自1954年世界上第1條高壓直流輸電(HVDC)聯(lián)絡(luò)線投入商業(yè)運(yùn)行以來(lái), HVDC作為一項(xiàng)日趨成熟的技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。直流輸電在技術(shù)方面有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)；(2)限制短路電流；(3)沒(méi)有電容充電電流；(4)節(jié)省線路走廊等等。按照輸電功能，HVDC可分為3大類，即：遠(yuǎn)距離直流輸電、背靠背直流輸電和直流電纜輸電，主要應(yīng)用于以長(zhǎng)距離大容量輸電為目的的大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)。

　　直流輸電最核心的技術(shù)集中于換流站設(shè)備，換流站實(shí)現(xiàn)了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉(zhuǎn)換，除在交流場(chǎng)具有交流變電站相同的設(shè)備外，還有以下特有設(shè)備：換流閥、控制保護(hù)系統(tǒng)、換流變壓器、交流濾波器和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、直流濾波器、平波電抗器以及直流場(chǎng)設(shè)備，而換流閥是換流站中的核心設(shè)備，其主要功能是進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現(xiàn)在的電控和光控晶閘管閥，換流閥單位容量在不斷的增大。

　　高電壓直流輸電在我國(guó)已有葛洲壩-上海，天生橋-廣州，三峽-常州等多個(gè)遠(yuǎn)距離高電壓直流輸電線路。目前已經(jīng)建成的高壓直流輸電工程換流站采用的換流閥主要是ABB及SIEMENS公司的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)具備制造換流閥能力的廠家只有許繼集團(tuán)與西安西電電力整流器有限責(zé)任公司，但關(guān)鍵的部件仍然需要從ABB或SIEMENS進(jìn)口。

　　未來(lái)數(shù)年，直流輸電項(xiàng)目將駛?cè)肟燔嚨溃�年均�?～2項(xiàng)工程開工。根據(jù)國(guó)家西電東送和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃，2020年前將建設(shè)20多條超高壓或特高壓直流輸電線路和若干背靠背聯(lián)網(wǎng)工程。截至2015年前，已納入規(guī)劃且投運(yùn)工期已明朗的高壓直流輸電工程項(xiàng)目有10項(xiàng)(如下表)。

　　晶閘管用于高壓直流輸電已有很長(zhǎng)的歷史。近10多年來(lái)，可關(guān)斷的晶閘管(GTO)、MOS控制的晶閘管(MCT)、絕緣門極雙極性三極管( IGBT)等大功率電子器件的開斷能力不斷提高，新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將進(jìn)一步改善新一代的直流輸電性能、大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備、減少換流站的占地、降低造價(jià)。

　　直流輸電性能創(chuàng)新的典型例子是輕型直流輸電系統(tǒng)(Light HVDC)，它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器，整個(gè)換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競(jìng)爭(zhēng)力，從而使中等容量的輸電在較短的輸送距離也能與交流輸電競(jìng)爭(zhēng)。此外，由于采用可關(guān)斷的電力電子器件,可以免除換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)受端系統(tǒng)的容量沒(méi)有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺(tái)、海島)供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。我國(guó)的直流輸電設(shè)備，目前與國(guó)外差距很大，但直流輸電在我國(guó)電力工業(yè)中的應(yīng)用已有一個(gè)良好的開端，隨著直流輸電工程的建設(shè)和大容量可控硅元件制造技術(shù)的引進(jìn)，直流輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，經(jīng)濟(jì)性提高，直流輸電在我國(guó)將有非常廣闊的發(fā)展前景。

　　——靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)

　　SVC是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。SVC可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對(duì)象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。

　　根據(jù)全國(guó)電壓電流等級(jí)和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)及全國(guó)電力電子技術(shù)學(xué)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)各主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�SVC產(chǎn)品未來(lái)幾年的市場(chǎng)需求規(guī)模平均每年在30億元以上，SVC在電力系統(tǒng)的應(yīng)用占其整個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用的21.67%，但重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)在其他行業(yè)之上。

　　以瑞士ABB、德國(guó)SIEMENS、法國(guó)ALSTOM為代表的國(guó)外企業(yè)，目前在電力系統(tǒng)超大功率SVC技術(shù)上居領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)了90%以上國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)市場(chǎng)份額。由于國(guó)外SVC產(chǎn)品造價(jià)昂貴，極大地限制了SVC在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，導(dǎo)致該領(lǐng)域市場(chǎng)潛力巨大但卻處于需求抑制的狀況，目前以榮信、電科院電力電子公司、西整公司為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)正在積極開拓該部分市場(chǎng)。

　　3)配電系統(tǒng)

　　配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力(Custom Power簡(jiǎn)稱CP)技術(shù)。CP技術(shù)和FACTS技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型新式電力電子技術(shù)。采用FACTS的核心是加強(qiáng)交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力；發(fā)展CP的目的是在配電系統(tǒng)中加強(qiáng)供電的可靠性和提高供電質(zhì)量。CP和FACTS的共同基礎(chǔ)技術(shù)是電力電子技術(shù)，各自的控制器在結(jié)構(gòu)和功能上也相同，其差別僅是額定電氣值不同，目前二者已逐漸融合于一體，即所謂的DFACTS技術(shù)(國(guó)內(nèi)有些研究機(jī)構(gòu)，比如清華大學(xué)將電能質(zhì)量、配網(wǎng)監(jiān)測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)綜合在一起，統(tǒng)稱為DSTATCOM技術(shù))。

　　具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有:動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)，固態(tài)斷路器(SSCB)，故障電流限制器(FCL)，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(PQC)等。

　　據(jù)國(guó)家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)示范化項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，DSTATCOM市場(chǎng)總規(guī)模估計(jì)有500-1000億元，年度市場(chǎng)規(guī)模約為20-40億元，目前市場(chǎng)還處于起步階段。國(guó)內(nèi)主要的生產(chǎn)廠家是四方清能、銀河科技、與清華大學(xué)合作的其它生產(chǎn)4 ~ 5家企業(yè)，國(guó)外企業(yè)主要是日本三菱公司。

　　4)用電系統(tǒng)(略)

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