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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、智能电网、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%。
中国用户侧无功补偿市场2010-2020 年市场容量及市场规模预测 (单位:亿元)
数据来源:公开资料、智研咨询整理
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