1、谈高压大功率变频器在我国市场的发展摘 要：高压大功率变频器及其相关衍生产品是电力电子行业中尚未最后成功解决的一个难题。本文回顾了高压大功率变频器在我国的发展历程，分析了市场发展的前景和特点，并指出了我国高压大功率变频器市场未来的发展方向。关键词：高压大功率变频器 电力电子WELCOME TO CHALLENGE FOR NEW CENTURYTalk about market developed of high voltage frequency in ChinaAbstract : High voltage inverters and relative products are the la
2、st problem in power electronics field which is not yet resolved . The development of voltage inverter in china is reviewed ,the perspective and features of market development is analysed ,the development trend of high voltage inverter market in china is pointed out .Keyword: High voltage inverters P
3、ower electronics二零零二年, 二十一世纪的第二年，我国迎来了加入 WTO 的第一个年度，如何快速、稳定、持续的发展我国的国民经济和提高各行业的技术、管理水平，是我们面临的重大机遇和挑战。高压大功率变频器及其相关衍生产品是电力电子行业中尚未最后成功地解决的一个难题 ，也是近年来全世界范围内该行业中竞相关注的一道热点，它不仅涉及大功率交流电动机的各类负载的调速和节能，也与其它一些关系国计民生的重点行业的技术发展与进步息息相关。一、高压大功率变频器在我国的发展过程变频技术的发展始终与电力电子元器件的发展密不可分，从大功率二极管到可控硅器件，再从 IGBT 到 IGCT，每一次元器件的
4、飞跃都会带动变频器技术的发展。八十年代早期，美国 RCA 公司和 GE 公司推出新的 IGBT 元器件之后，就在低压变频领域产生了一次变革。从日本三垦公司 1988 年第一台低压变频器进入中国后，上世纪九十年代初，中国企业才开始认识变频器的作用并尝试使用。当时的年销售量仅在 3,000-4,000 万元人民币，而且几乎全部是国外品牌。经过近十余年的推广和使用，低压变频器已得到广大企业用户的认可并显示出它有效的节能效果，品牌也从单一的国外品牌发展到了 70 余个品牌 （其中国产占到 40左右） ，市场总量也已达到 2000 年的约 40 亿元人民币。我们可以借鉴低压变频器的市场发展情况,来预测高
5、压变频器市场的发展。大功率高压变频器由于其技术的复杂性和高昂的采购价格，从八十年代开始，我国某些行业在必需的前提下，从国外进口了少量的该类装置（含采用 GTO 器件制造的）比如：冶金系统使用高压变频器的历史较长，78 年宝山钢铁公司在设计时，就考虑采用了交-交方式的大功率高压变频器；河北迁西潘家口水库（为天津供水）88 年从欧洲BBC 公司（ABB 合并前三公司之一）进口一套 60,000KW的高压变频装置，采用一拖三方式，为三台水轮发电机组并网实现变频启动送电，据说同为 60,000KW 的变频器在三峡葛洲坝水库还有一台。但真正在全国各行业中的大功率风机、水泵上使用变频调速装置仍远没有普及，
6、为了满足工艺工况和节能的迫切需要，许多企业采取了例如：液力藕合，串极调速等其它调速方式。同时，随着通用变频器市场的不断扩大和发展，企业用户越来越需要一种性能优越，质量可靠，价格合理的高压变频调速装置。应对这种情况，不仅国外产品纷纷抢滩中国市场，国内一些企业也早在 93 年就开始进行这类产品的开发和研制，经过近十年的努力，技术上逐渐缩短了与国外品牌间的距离，初步形成产业规模，产品业已进入国内市场（产品制造工艺、品牌知名度还有待提高） 。目前，大功率高压变频器的使用范围基本上覆盖了我国各主要行业，如：电力、市政供水、冶金、石油、化工、采矿、煤炭、造纸、建材等。产品电压等级包括3KV、 6KV 和
7、10KV 以及油田专用潜油电泵使用的 1,600V-2,400V 产品。基本可拖动风机、水泵、压缩机等各类负载。进入市场的主要国外产品有：西门子，ABB，罗宾康，AB，东芝，富士，安塞尔多等，国内品牌有：先行，凯奇，利德华福，天宠，佳灵等。据有关行业协会统计：19992000 年全国高压变频器的市场销售额在 1.51.8 亿元之间，2001 年预计在 2.5 亿左右。与潜在的巨大市场相比，仍处在启动和增长期，还需要政府，企业用户，制造厂商，行业各方面共同推动。二、 市场发展前景和特点国民经济的快速发展和其它行业的技术进步迫切要求交流变频技术的快速提升，反之交流变频技术的不断进步也会给人们生活带
8、来重大的变化。同为电子技术的电力电子技术的发展近几年来相对落后于通信传输电子技术的发展，但随着通信业市场的逐渐饱和和增长趋缓，未来几年里以电力电子技术的相关瓶颈突破为契机，特别是结合了传统的电力技术、传动技术、光机电一体化技术和现代的通信互联网技术、绿色节能环保技术，它将会显示出巨大的技术发展前景和市场直接需求量。特别是随着我国第十个五年计划的展开，以及一些如三峡、二滩等大型国家重点工程在这一期间的完工或部分完工，以及西气东送、南水北调等大型项目的展开，新技术新产品必将在这些工程中得到应用。而在这些项目中一个成熟的高压变频技术是工程设计人员必然要考虑采用的。以西气东送为例，不仅在近 5,000
9、 公里的主要管道可考虑用压缩机调节气压的范围，而且下游用气的各大中小城市的分支管网也要考虑用压缩机来进行气量气压的调节，而此类压缩机是通过高压交流电机来进行拖动的，用变频器调节电机的转速恰恰可以调节压缩机进而调节气量管网的压力，进而不仅可以大大改善整个管网系统的工况，而且节省能源。同样在南水北调的工程上，高压变频器也可以发挥出更重要的作用。据国家电动机调速技术产业化途径与对策的研究的报告，我国发电总量的 66%消耗在电动机上，截止到1999 年底，我国具有各类风机约 780 万台，水泵 4.000 万台，空压机 560 万台，这些装置又占去了电机耗电的一半以上。据统计：低压电机（690V 以下
10、）的数量是高压的几十倍，但所消耗的电能仅为高压的八分之一左右。截止到1999 年底，我国 3KV 以上高压电机的总容量是 1.44 亿KW，每年以 500-600 万 KW 的速度在增长，我们不妨设想一下，如果这其中的三分之一电机（35）需要调速，今后十年，2.10 亿 KW X 35=0.74 亿 KW，若按照我们目前平均 1500 元/KW 的价格计算，未来 10 年的市场总额大致应在 1500X0.74 亿 KW=1100 亿，考虑价格等其他因素实际总额在 800-900 亿之间。年平均数应在 8090 亿元之间，当然这是在市场稳定之后的年平均市场容量。从目前高压变频器的一般使用情况来看
11、，平均节电可达 30%，因而，无论是在新建项目中，还是在技改项目中，高压变频系统的投入和使用，是非常有效的节能手段，若在政府有关部门和相关行业的支持下，每年有计划的改造500-600 万 KW 的低效风机、水泵，平均年投入 70-80 亿元人民币， 当年即可产生直接节电效益约为 50-60 亿元，占投资额的 70%，而该类设备的使用期限至少为 15 年，长期经济效益十分明显。若坚持不懈地十余年的改造，不仅可以大大提高我国这一行业的技术水平和发展，而且每年为国家节约数百亿元人民币的用电损耗，有关专家估计：整体节能效果可为国家在今后十年内减少 15-20 个 30 万 KW燃煤发电机组的投资，同时
12、减少了大量煤烟的排放。中国的市场有着其极其的特殊性，高压变频器的使用环境、用户特点与国外差别很大，归纳起来有以下几点：1) 行业性很强。集中在冶金、电力、供水、石油、化工、煤炭等几个国有行业。其中：工业用电中石油、煤炭等能源行业耗电占 22.34%；化工占 14.73%；冶金占 14.18%；机械建材 10.96% ；供水10.53%等等。2) 上述行业中大都为国有控股企业，定购产品涉及动力、计划、技术改造等部门，购买决策周期长。3) 一次性投资购买设备金额较大，若能采用卖方信贷、租赁、节能效益还款等方式促销，会使用户更快接收。4) 各类负载工况差异大，使用经验相对少。5) 目前全国各行业只有
13、少数高压电机使用个别其它调速方式，市场空白点多。6) 政府行为和市场的不确定性。高压变频器属投资类设备，主要用于节能和改善生产工艺工况。用户是否购买此类设备与政府的政策关联度很大。如政府推广力度较大，市场启动会快一些，反之则慢。另一方面受国际、国内经济大环境的影响及国内用户（某行业）整体经济效益好坏的影响，也会关系到市场的大小，快慢。因此，在未来市场发展过程中仍存在着一些不确定的因素。7) 海外跨国公司知名品牌大举进入我国市场的可能性较大，各方应有所准备。周边海外市场，比如：韩国、东南亚地区、中国台湾、中东地区等市场也有待开发。三、未来的发展方向高压变频器作为一个节约资源型的产品在二十一世纪必
14、将更加符合人类对生产和环保的要求，随着电力电子技术的不断发展，产品的不断改进，概念的深入，市场的拓展，它将显示出更大的发展空间和展示出巨大的社会、经济意义，迎接目前所面临的巨大挑战。1政府的支持大功率变频器作为一个节能型的绿色环保产品，近年来受到政府、行业各部门的重视和支持，国家经贸委、国家计委、科技部、北京市等先后都在政策上、资金上、产业发展方向上给予了各种优惠政策。政府的许多要员和这方面的专家也都亲自拟文或参加了这方面的许多工作和活动。政府还通过政策、法规、税收、贷款环保等宏观调控能力，积极地鼓励各类企业推进节能技术改造。2 新能源的采用众所周知，我国是一个以火力（燃煤）发电为主的能源国家
15、，风力发电几乎没有，而风力发电技术是非常成熟的一种技术，特别是西北欧一些国家，风力发电量已占到总发电量的 3%4%，经济效益十分客观。而我国仅仅是刚刚起步，北方某省曾从荷兰引进几套，效果不错，但价格昂贵，与电价相比不成比例，因此研发、生产、制造符合国情的风力发电设备必将是今后要走的一条道路，而风力发电的市场及资源在我国新疆、内蒙、东三省（春、秋、冬三季）和华南沿海一线有着巨大潜力。而电机变频调速的逆向工作原理就是将一个输入频率不稳定的机械能转化成一个固定频率的电能（通过发电机）输出，其技术基于变频器技术的平台。就象一个发电机它既可以应用于汽车、轮船，也可以应用于飞机，同样变频技术原理和技术，可
16、以开发不同领域的不同产品，它的未来前景是不可估量的。3牵引变电站和机车变频火车电力机车移动变频技术和牵引变电所的三一单相变换技术在全世界范围内都是一个制约电气机车发展的重要原因。以牵引变电站举例，供电部门供给电力机车的是三相（25kv）交流电,而电力机车是单相取电,这样就会造成在一个区段内(2 个所之间)电网的巨大波动和三相电流的极度不对称,从而影响了整个电网的质量 (污染很大)。通过调研北京铁路局丰西电务段，为此支付供电部门交纳的电网罚款,每月就达 3040 万元人民币之巨。因而不仅我国且在世界一些发达国家，在考虑电气化铁路进入人口稠密地带和工业企业密集地带时都十分慎重。(我国以前一般主要在
17、山区地带建设电气化铁路,如:成昆、宝成、丰沙线等)主要原因是考虑对电网的影响。国外目前采用的是一种三相变两相均衡输出的一种叫斯克达的变压器，只要在逆向行驶的两列机车，不在同一时间到达同一电压共振频率时，基本上可解决这一问题，当然在技术和工艺上仍有许多问题需要解决。利用高压变频技术之一的多电平串联技术，三相高压交流输入，单相输出为机车供电， （只需单个功率转换柜）在解决变频器高电压大功率的前提下（27.5KV，10,000KW 以上） ，可有效地解决这一问题。4 “变频器”一个全新的节能环保理念我们知道一个国家经济可持续发展的动力之一就是能源的供应，电力是其中重要的一个环节。而近年来由于各项成本
18、的不断提高，电力的供应电源，其中火力发电机组每 KW 的投资价格已经涨到 5，0006，000 元人民币；水利发电机组每 KW 的投资价格已涨到 8，0009，000 元；核能发电机组每 KW 的价格高在 10，000 元12，000 元之间。尽管目前某些地区由于结构性的调整出现了局部电力过剩的情况，但随着经济的总体发展，国家在每一个五年计划中仍将投入巨资进行电厂的建设。而变频器作为调速节能的一个重要产品不是从电力产生的角度，而是可从节约电力的角度， （可等同于一个电源）来进行投入产出的分析。高压变频装置产品目前平均售价 1，500 元/KW，平均回收期为 2.5 年，设备使用寿命 20 年，尽管这里的 KW 不是同一个概念，但投资购买高压变频器回报率并不少于投资一个电厂的回报率（电厂回收期一般在 10 年，使用寿命30 年）甚至更多。因此高压变频器作为一个新的意义上的电源，在投资上具有巨大的优势这也就是一个不争的事实了。从另一个角度说，发电机组，特别是火力发电机组，燃烧后排放出来的 CO2 是产生大气污染，特别是全球温室效应的主要原因之一。世界环境组织要求各国签署京都定议书就是要解决这一问题。相信国际组织今后对各国 CO2
