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全新机遇促发展 电能质量前景广阔

添加时间:2014-07-01 16:41:42   浏览次数: 次    【 】   打印   关闭窗口

   近年来中国电力工业发展迅猛,伴随大量非线性及冲击负荷接入电网,引起了日益严峻的电能质量问题。同时,智能电网建设及新能源发展又对电能质量提出了新的要求,这使得电能质量的治理迫在眉睫,相关市场前景广阔。
  数据显示,近年来,我国电能质量治理产业市场规模逐年增加,2011年电能质量治理产业市场规模为426亿元,2012年增长至527亿元。在电能质量监测设备方面,2007~2011年电能质量监测设备市场规模从56.47亿元逐年上升至95.22亿元,年均增速在12%左右。

电能质量问题备受关注 治理迫在眉睫

  随着电力电子技术的发展,电力用户采用了大量时变控制的非线性设备,电能的使用范围扩大,电力用户中涌入了大量的冲击、非线性负载及不平衡负荷;新的发电方式与储能方式的推广使用、高压直流输电、新型控制方式,以及使用许多非线性元件对电能质量的要求不断提高。以上种种原因产生了电能质量问题,并严重影响着生活和工作生产。解决日益严重的电能质量问题已成为电力电子技术、电气自动化技术和电力系统领域所面临的重大课题之一,并受到越来越多的关注。

电能质量问题对电网及用户设备造成的严重影响主要表现为:

(1)电压波动

  会使电动机转速不均匀,并危及电动机安全运行,影响产品质量,引起照明的“闪变”,使人眼疲劳而降低工效。电压波动和闪变还会对数字系统形成干扰,造成误动。

(2)电网谐波含量增加

  导致电气设备寿命缩短,甚至损坏,网损加大,系统发生谐波谐振的可能性增加,同时可能引起继电保护和自动装置误动,仪表指示和电度计量不准以及通信受干扰等一系列问题。

(3)三相电压不平衡

  会引起电机附加振动力矩和发热,变压器漏磁增加和局部过热,电网线损增大,干扰通讯以及多种保护和自动装置误动等。

(4)电压暂降

  主要影响工业生产过程中对电压敏感的电气设备(例如电子设备等)的正常工作,甚至造成严重的经济损失。因此,电压暂降已成为现代电力用户面临的最严重的电磁干扰问题之一。

改善与治理迫在眉睫

  调查显示,每年因电能质量扰动和电气环境污染引起的经济损失非常惊人。美国电力科学研究院EPRI的报告指出,全美因谐波等电能质量问题造成的损失每年达几百亿美元以上。在中国,根据2005年由国际铜业协会(中国)主办的“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”,在调查的32个行业共92家企业,有49家企业因电能质量问题造成经济损失达2.5亿元~3.5亿元。%~56%,我国目前的电能使用效率只有35%左右,很重要的原因就是电能质量低下所导

  有关资料表明,日本电能的使用效率在56%左右,美国为52%,欧洲为52致。如果全国大范围提高电能质量,以此提高电能的使用效率,将对节能减排起到非常重要的作用。

我国电能质量标准日渐完善

  “目前国内缺乏相应强制实行标准,使得国内企业对电能质量问题的认识非常淡薄,往往是电能质量影响正常生产或出现事故后,才意识到需要进行电能质量的治理。”业内人士分析认为。而这严重影响着电能质量行业的发展。

  电能质量关系到电力系统及其电气设备的安全和效率,关系到节能降耗、生产和生活,以及国民经济的总体效益。实施对电能质量的科学监管是建设节约型社会的重要条件之一。电能质量标准是保障电能质量的基本技术依据。2000年以来,为适应电网的发展和电力市场的变化,国内外均加快了对电能质量标准的制订和修订步伐。

  从上世纪80年代开始,改革开放促进了我国经济快速发展,电网负荷结构发生了很大的变化。随之,电能质量问题渐显突出,国家标准主管部门将制定电能质量系列标准列为重点项目之一;同时大量引进以IEC 61000系列为主的先进国际标准。至今国内标准化技术委员会及相关行业标委会已组织了一系列电能质量方面的标准,2008年曾修订4项国标,提高了标准的科学性、实用性和可操作性,做到既向国际先进标准靠拢又符合国情。

国内首个针对暂态电能质量国家标准发布

  年初,从国家标准2013年第25号批准发布公告上获悉,由国网福建电科院负责编制的国家标准《电能质量电压暂降与短时中断》(GB/T30137-2013)正式颁布,于2014年5月10日开始实施。该标准是国内首个针对暂态电能质量的国家标准,填补了国内暂态电能质量标准空白。

  标准规定了电压暂降与短时中断的定义、事件统计及推荐指标、检测、监测、评估等各方面的内容,对规范我国电网电压暂降与短时中断的检测和评估将起到重要作用,有利于指导电能质量相关问题治理以及敏感用户的用电需求与生产活动,避免重大经济损失,对供电企业、电力用户、电力设备制造业均有重要的意义。

  暂态电能质量问题的研究起步较晚,国内刚刚有所认识,它属于稳态电能质量问题的延伸,影响范围小,但后果却比较严重;暂态电能质量问题的实质就是暂态电压质量问题,或者电网遭受外来干扰侵袭及内部故障、操作所带来的系统冲击问题,其主要性能指标是:电压脉冲、浪涌、电压跌落及瞬时电压中断,目前国际国内还没有此方面的统一标准,但一般采用其指标参数的幅值和持续时间来描述(有时考虑其上升下降率、发生频度等)。目前,在所有暂态电能质量问题中,电压跌落的影响最为普遍。

  行业标准是国家标准的必要补充和细化。近年来在电能质量领域,行业标准已受到关注并取得长足进展,随着电能质量产业(监测和治理装置等的崛起,未来这一方面必然有更快的进展。

电能质量治理市场前景广阔 相关设备迎发展商机

  从目前来看,中国电能质量治理的推动主要由供电部门发起,全国各地的供电系统成为电能质量治理的积极推动者。而企业方面,由于对电能质量认识的不足以及对成本因素的考虑,对电能质量治理表现出的热情不高,这使得中国电能质量市场的推动力略显不足。

  但随着电力电子与信息通信技术在社会各个领域的渗透应用,一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高,电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。企业自身对电能质量要求的提高,以及国家政府对电能质量治理的推进,使得未来电能质量治理内在的发展动力逐步增强。

  深圳市英纳仕电气有限公司总经理李朝晖分析,国内电能质量设备市场具有巨大的发展空间和潜力,尤其作为当前最先进技术的静止同步无功补偿装置和有源电力滤波器。随着设备制造成本的下降,以及对电能质量重视程度的提高,对节能减排的高度重视,国内电能质量设备的市场将具有广阔的发展机会。

  他认为,电能质量监控行业面临的发展机遇有以下几方面:一是国内虽然有企业单位提供相关产品进行销售,但时间都不长,并没有在市场上形成行业龙头;二是现有的电能质量监控系统基本上针对特定行业需求进行开发设计,还不能覆盖大多数需要进行电能质量监控的行业;三是越来越多的企业单位认识到电能质量问题带来的严重危害,导致对实时监控电网的电能质量状况的需求越来越多;四是将来国家考虑到电能质量问题对整个国民经济的影响,制定相关电能质量的相关强制标准,将会带来巨大的市场机会。

  据统计,2012年无功补偿设备的市场实现销售额351.27亿元,谐波治理设备实现销售收入101.94亿元,分别较2008年增长了45%与371%。

相关设备迎发展商机

  我国电能质量问题的存在,引起了电网公司的高度重视。国家电网公司在《关于印发电能质量在线监测系统建设推广实施计划的通知》中要求,2013年底前完成系统主站功能开发以及与相关业务系统的互联互通改造,220千伏及以上电压等级输变电系统可靠性以及重点城市高、中压客户供电可靠性相关数据的对应和在线监测;2014年年底前,实现国家电网110(66)千伏及以上电压等级输变电系统可靠性和全部具备采集条件的高、中压客户数据对应和在线监测;2015年年底前,同步跟进智能电表采集终端推广部署工作,实现国家电网低压客户可靠性指标数据自动采集,实现电能质量从分散到集中、从人工录入到自动采集、从事后统计到在线分析的管理模式转变和采集范围的基本覆盖。

  从目前电能质量问题的解决方案来看,主要可以分为三类:电能质量监测系统,帮助用户了解电网供电或用电的状态;电能质量治理设备,如无功补偿装置、谐波治理设备等,从电压、谐波、功率因数等方面对电能质量问题进行修正和完善;软件系统,帮助企业实现电能质量监控和治理的自动化。随着我国电能质量治理产业快速发展,三大领域已取得了不俗的成绩。

  电能质量监测设备:2007~2011年我国电能质量监测设备市场规模从56.47亿元逐年上升至95.22亿元,五年市场总容量为456亿元,年均增速在12%左右。2012年中国电能质量监测设备市场需求为101.71亿元,同比增长6.82%。

  电能质量治理设备:国内无功补偿装置与谐波治理两大主要产品市场发展极其迅猛,产品的质量和数量都有了大幅度的提升,相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。2012年,无功补偿市场实现销售额351.27亿元,谐波治理101.94亿元,分别较2008年增长了45%与371%。

  电能质量治理软件与服务:目前我国电能质量治理产业软件市场在整个产业市场中所占的份额较小。2007~2012年,其市场规模从2.72亿元上升至5.44亿元,在电能质量治理行业中占比一般为1%~2%,但由于我国未来经济结构调整的压力,以及对于智能化、信息化电网建设的加速,对于电能质量相关数据处理的软件需求将会有所上升,以电能质量治理软件市场规模占整个产业2%的比例计算,则到2015年,我国电能质量治理软件的市场规模将达到12亿元。

  目前,在电能质量治理设备方面,国内无功补偿装置与谐波治理两大主要产品市场发展迅猛,产品的质量和数量都有了大幅度的提升,已有相当一部分优势企业开始问鼎国际市场。

新能源崛起 促电能质量新发展

  随着电力电子产品应用的增加以及产业升级的需要,电能质量问题越来越重要,不仅在传统的冶金、化工等产业,在风力发电和太阳能发电等较新的产业领域,相关产品的需求逐渐增加。快速发展的新能源行业,将成为电能质量治理设备发展的重点领域。

风电、太阳能发电与电能质量问题

  电能质量治理产业研究报告分析显示,由于风速的随机变化特性以及风电机组本身的一些固有特性的影响,如塔影效应、风剪切等,使得风电场的输出功率随着这些特性和影响发生变化,从而引起电压波动和闪变现象。此外,变速恒频风力发电机采用了换流装置,运行时将产生较大的谐波电流,对电网和风电系统产生一系列不利影响。

  光伏发电能量的传递和转换都是建立在电力电子技术的基础上,大规模的光伏电源并网使得大量的电力电子转换器引入到电力系统中,随着电力电子技术的广泛应用和发展,大量的非线性负载也加入到了供电系统中,因此,大规模光伏发电的引入会对电力系统造成严重的污染,产生更为严重的电能质量问题。现在较为常见的电能质量问题有:电压波动和闪变、三相不平衡、谐波污染、无功功率不平衡等。另外,大规模光伏并网发电引起的微网环流和孤岛效应将在电网中引入新的电能质量问题,严重危害电力系统的安全性和稳定性。

风电、太阳能发电领域电能质量治理产品需求分析

  (一)风电行业对电能治理产品的需求

  在风力发电行业中,由于风力发电的不确定性,接入电网前需要变频装置进行转换,这时需要电力滤波装置来消除变频设备产生的谐波。风电场通过加装SVC装置能够有效解决接入电网时产生的功率因数、电压调节以及谐波等问题,动态调整无功功率、电压等影响风电场安全运行的因素,保障电网的稳定运行。由于SVC的技术经济优势已在众多行业得到了大量的应用和验证,而且运行效果非常理想,因此其在风力发电行业的应用前景非常广阔。

  根据规划,到2020年我国风电总装机容量将超过2亿千瓦,2012年我国风电装机为75324MW,这意味着2013~2020年8年中,平均每年要新增装机1550万千瓦,目前风电所需无功补偿的容量约占装机容量的20%~30%,以平均为25%计算,每年风电机组所需的SVC装置大概在387万千乏左右。以单位价格150元/千乏计算,风电站建设方面每年市场容量大概5.81亿元左右。

  (二)光伏发电对电能质量治理产品的需求

  按照我国能源发展“十二五”规划,到2015年,太阳能发电装机达到2100万千瓦,其中光伏电站装机1000万千瓦,太阳能热发电装机100万千瓦,并网和离网的分布式光伏发电系统安装容量达到1000万千瓦。

  据数据统计,2012年我国太阳能新增装机容量191MW,累计装机容量达到701 MW,按照这个数据进行分析,2013~2015年我国每年新增的太阳能并网发电装机容量将达到224万千瓦,目前光伏所需无功补偿的容量约占装机容量的10%左右进行计算,每年光伏发电组件所需的SVC装置大概在22.4万千乏左右。以单位价格150元/千乏计算,仅并网光伏电站建设无功补偿方面每年市场容量大概3.36亿元左右。若加上离网分布式风光互补以及光热电站的无功补偿以及谐波治理等电能质量治理市场规模,估计我国光伏电站每年的电能质量治理市场规模将在5亿元左右。

分布式发电方兴未艾 多举措提升电能质量

  按照国家能源局规划,2020年我国分布式电源规划总装机容量将达到约2.1 亿千瓦(接入110 千伏及以下电压等级),占全国总装机的12.4%。分布式电源正处于快速发展阶段。而大量分布式电源接入对配电网规划建设、 电网的安全性、继电保护、供电可靠性、电能质量等都会带来影响,因此对分布式发电引起的电能质量问题,一定要重点关注。

  由于分布式电源具有随机性,会带来电压波动及电压偏差问题,而单相分布式电源并网时,各相分布的电源容量不对称,还会引起三相不平衡。此外,分布式电源通过电力电子逆变器并网,还很容易产生谐波、间谐波、直流分量等问题。

  对于分布式电源引起的电能质量问题,主要可以通过规划设计、逆变器控制以及微电网技术来解决。

  首先是规划设计。应根据分布式电源的电能质量问题产生机理、叠加机制,合理选择安装位置和安装容量、确定控制方法和节点类型。而最终并网电压等级应根据电网条件,通过技术经济比选论证确定。若高低两级电压均具备接入条件,要优先采用低电压等级接入。分布式电源启停、波动对并网点的冲击较大,为保证电源起停、波动对系统供电电压的影响在规定的电压偏差范围之内,电源并网点的系统短路电流与电源额定电流之比不宜低于10,若低于该比值,需进行专题论证。

  二是优化逆变器控制和设计,提高本体电能质量。将分布式电源逆变器等效输出阻抗设计成容性,通过虚拟阻抗技术对逆变器电源特性的改变,应对电压调整,弥补传统逆变器输出无功引起的输出电压幅值跌落。

  最后,微电网将地域上相对集中的分布式电源集中起来,使配网不必直接面对数量众多的分散能源,配合储能技术和顶层控制的设计,可大大提高分布式电源的能源利用率和供电质量。通过对运行参数的精确控制,将分布式电源存在的诸多问题归集到小系统内,配合对储能的高效利用,可实现并网平滑切换和对供电质量的提升。
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