高压变频器项目可行性研究报告书

⾼压变频器项⽬可⾏性研究报告书

⾼压变频器项⽬

可⾏性研究报告

⽬录

第1章研究项⽬概述 (1)1.1⽴项的背景和意义 (1)

1.2 研究⽅法 (1)

第2章市场环境分析 (3)2.1 相关政策分析 (3)

2.2 上游产业分析 (4)

2.2.1 功率器件 (4)

2.2.2 变压器 (6)

2.2.3 电量传感器 (7)

2.2.4 电容器 (7)

第3章国内外研究开发现状与趋势 (9)3.1 概述 (9)

3.2 ⾼压变频调速技术发展历程 (9)

3.2.1 交-交⼤功率⾼压变频器 (9)

3.2.2 同步电机交-直-交⾼压变频器 (10)

3.2.3 异步电机交-直-交⾼压变频器 (11)

3.3 ⾼压变频器技术分类及⽐较 (12)

3.4 我国⾼压变频器技术应⽤现状 (15)

3.4.1 功率单元串联多电平技术 (15)

3.4.2 中性点钳位三电平技术 (18)

3.4.3 电流源型交直交⾼压变频器 (19)

3.4.4 负载换相LCI技术 (20)

3.5 ⾼压变频器技术发展趋势 (21)

3.5.1功率器件 (22)

3.5.2 功率器件 (22)

3.5.3 全⾯实现数字化和⾃动化 (23)

3.5.4 控制技术 (23)

3.5.5 PWM及多电平技术 (23)

3.5.6 ⼤功率、⼩型化、轻型化 (24)

3.5.7 相关配套⾏业正朝着专业化，规模化发展 (24)

3.6 本章⼩结 (24)第4章⾼压变频器⾏业应⽤分析 (26)4.1 电⼒⾏业 (26)

4.1.1 电⼒⾏业应⽤情况 (26)

4.1.2 电⼒⾏业应⽤前景 (28)

4.2 钢铁⾏业 (29)

4.2.1 钢铁⾏业应⽤情况 (29)

4.2.2 钢铁⾏业应⽤前景 (31)

4.3 矿⼭⾏业 (31)

4.3.1 矿⼭⾏业应⽤状况 (31)

4.3.2 矿⼭⾏业应⽤前景 (32)

4.4 ⽔泥⾏业 (32)

4.4.1 ⽔泥⾏业应⽤状况 (32)

4.4.2 ⽔泥⾏业应⽤前景 (34)

第5章主要⾼压变频器⼚商竞争⼒分析 (36)5.1 西门⼦ (36)

5.2 ABB (38)

5.3 东芝三菱-TMEIC (39)

5.4 利德华福 (40)

5.5 合康亿盛 (41)

5.6⼴州智光 (41)

5.7 荣信电⽓ (41)

5.8 市场展望 (42)

5.8.1 ⾏业竞争因素 (42)

5.8.2 ⾏业市场前景 (44)

第6章项⽬⽬标和研发内容 (45)6.1 概述 (45)

6.2 ⾼压变频器设计 (45)

6.2.1 ⾼压变频功率柜 (45)

6.2.2 ⾼压变频控制柜设计 (46)

6.2.3 ⾼压变频控制器软件开发 (48)

6.2.4 ⾼压变频器试验 (48)

6.3 原辅材料和基础配套 (48)

6.3.1 主要原材料供应 (48)

6.3.2 基础配套 (49)

6.4 项⽬建设内容 (49)6.4.1 ⽣产⼚房 (50)

6.4.2 设备及配套设施建设 (50)

6.4.3 研发与设计过程 (51)

6.4.4⽣产规模 (51)

6.4.5 ⾼压变频器⽣产⼯艺流程 (52)

6.5 技术经济 (53)

6.5.1 ⼈员编制 (53)

6.5.2 财务评价 (53)

6.6 项⽬进度计划 (57)

第1章研究项⽬概述1.1⽴项的背景和意义

近⼏年，我国⾼压变频器市场正处于⼀个⾼速增长的时期，⾼压变频器在电⼒、冶⾦、⽯油化⼯、供⽔、⽔泥、采矿等⾏业得到了越来越⼴泛的应⽤。据统计，在过去的⼏年内中国⾼压变频器的市场保持着年均40%以上的复合增长率，这个速度⼰经远远超过了近⼏年GDP的平均增长⽔平。

随着现代电⼒电⼦技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电⽓传动的技术⾰命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能，改善⽣产⼯艺流程，提⾼产品质量，以及改善运⾏环境的⼀种主要⼿段。变频调速以其⾼效率，⾼功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点⽽被国内外公认为最有发展前途的调速⽅式。

以前的⾼压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波⼤，对电⽹和电机都有影响。近年来，发展起来的⼀些新型器件将改变这⼀现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的⾼压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变，甚⾄是PWM整流。不仅具有谐波⼩，功率因数也有很⼤程度的提⾼，可以达到0.96以上。已⼴泛应⽤于治⾦、化⼯、⽔泥、机械制造、发电等各个领域。1.2 研究⽅法

本报告所涉及的产品范围为可调输出频率的⾼压交流电机驱动装置，包含相关的零配件，不含采⽤同类技术的伺服产品。

电压等级范围：﹥1000V如：3kV/6kV/10kV等。

按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kV时称⾼压，1kV～10kV时称中压。我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为“⾼压电机”。由于相应额定电压1～10kV的变频器有着共同的特征，因此，在本报告中我们把驱动1～10kV交流电动机的变频器通称为⾼压变频器本次研究通过⼤量调查研究，收集了⼤量样本，获取了⼤量真实有效的⼀⼿数据，从⽽全⾯、深⼊地分析中国⾼压变频器⾏业的市场规模、市场划分、市场

份额、⾏业应⽤、技术发展趋势、主要⼚商状况等问题。

第2章市场环境分析2.1 相关政策分析

国家的升级战略中，让企业进⾏智能化、⼯业化相结合的改进升级，是中国企业更好提升和发展的⼀条重要途径。2015年10⽉，中德政府在第三轮磋商后发表《中德合作⾏动纲要》，宣布两国将开展“⼯业4.0”合作，该领域的合作有望成为中德未来产业合作的新⽅向。

从全球范围来看，当前⼯业互联⽹得到了多个国家重视——国际上⼯业互联⽹的代表是美国的先进制造战略，和德国的⼯业4.0。通过互联⽹、⼤数据、云计算、宽带⽹络等技术，通过接⼊传感器，实现对物理设备的信息感知、⽹络通信、远程控制和协作。早前有消息表⽰，美国GE公司提出⼯业互联⽹的概念，投资10亿美元提⾼效率。⽽德国⼯业4.0德国将⼯业分为机械化、电⽓化、数字化、智能制造四阶段。

国内情况来看，⼗⼋⼤报告提出四化协同、两化深度融合的⽅向。⽽“中国制造2025”更被认为将拉开⼯业互联⽹序幕。有分析指出，在未来20年中，中国⼯业互联⽹发展⾄少可带来3万亿美元左右的GDP增量。应⽤⼯业互联⽹后，企业的效率会提⾼⼤约20%，成本可以下降20%，节能减排可以下降10%左右。

分析认为，⾏业内将出现两条显著的⾼速成长主线。⼀是⾼端智能装备加速成长，如⼯业机器⼈、⾃动化装配线、⾃动化仓储设备等，第⼆条主线是本⼟⾃动化龙头。“中国制造2025”是中国制造“三步⾛”战略的第⼀步。作为未来国家级重⼤战略的组成部分，⼯业⾃动化被认为将是其中⼀个具备中长期⾼景⽓度的分⽀。⼯业⾃动化设备属于智能装备的范畴，是“⼗⼆五”期间国家重点扶持发展的战略性新兴产业(2010年10⽉《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》)。

在未来五年⾥，伴随着⼈⼝红利消失和原材料、能源成本的上涨，中国制造业将经历由粗放型、低附加值模式向集约型、⾼附加值模式的转变。作为⾼端制造业的“基⽯”，⼯业⾃动化装备⾯临着传统产业改造提升、新兴产业发展需求双重机遇。其中，⾏业内将出现两条显著的⾼速成长主线。⼀是⾼端智能装备加速成长——前期渗透率已经较⾼的数控机床、过程⾃动化系统、变频器等产品增

速在明显放缓，⽽随着低端劳动⼒成本加速上⾏、产业升级进⼊⽩热阶段，“替代⼈⼯”属性更强、前期渗透率较低的⾼端智能装备，如⼯业机器⼈、⾃动化装配线、⾃动化仓储设备等，有望越过产品导⼊期、进⼊⾼速成长期，未来5年保持年均20-30%的快速增长。第⼆条⾼速成长主线是本⼟⾃动化龙头有望崛起。受益于国家⽀持国产化率提升的政策意图、关键零部件的突破，掌握核⼼技术、研发能⼒强劲的国内⾃动化装备企业有望加快进⼝替代的速度，实现超过⾏业平均的⾼速成长。2015年1⽉1⽇开始正式实施《新环保法》，对电⼒⾏业等多个领域提出了更⾼的节能环保要求。⽬前，《新环保法》已经实施近⼀年，对电⼒⾏业的影响不⾔⽽喻。变频器依托提⾼功率因数、传动效率、改善⼯艺等节能优势，拓展电⼒市场，已经逐渐成为⽕电⼚“标配”。

统计结果显⽰，电⼚⽤电⼤部分都是风机、⽔泵耗掉的，⾼压变频器的使⽤可使得该类负载平均节电30%，甚⾄有些电⼚达到了节能40%～50%的⾼⽔平。按节能30%计算，⼤概3年就能收回成本，⽽⼀台⾼压变频器的寿命达20年以上，在此后的⼗⼏年内，可以想象收益之⼤。专家认为，⾼压变频调速系统将成为当前⼯业节能推⼴的⾸要产品。2.2 上游产业分析

2.2.1 功率器件

⾼压变频器的上游产业主要是电⼒电⼦器件⾏业，主要包括功率器件、变压器、电量传感器、电解电容、连接器、PCB板、周边设备等器件。近些年变频器产业的⾼速发展导致对电⼒电⼦器件需求的激增，06年年底⾄07年上半年甚⾄⼀度出现IGBT严重缺货的状况，国家近年也出台政策⿎励国产电⼒电⼦器件的发展。

变频技术的发展始终与电⼒电⼦元器件的发展密不可分，从⼤功率⼆极管到晶闸管器件，再从IGBT到IGCT，每⼀次功率器件的飞跃都会带动变频器技术的发展。上世纪80年代早期，美国RCA公司和GE 公司推出新的IGBT 功率器件之后，就在低压变频领域产⽣了⼀次⾰命。⼤功率⾼压变频器之所以技术较复杂，其成本价格也相当⾼昂，是因为⾼压变频器必须采⽤数量庞⼤的功率器件以串并联的⽅式构成整流电路和逆变电路。

可⽤于⾼压变频的电⼒电⼦器件有IGBT、IGCT、GTO、SGCT、SCR、GTR 等，各种功率器件性能⽐较如下所列。1）IGBT：⽬前最⾼⽔平为6.5kV/600A 和1.7kV/3.6kA，实际应⽤中以1.7kV 以下最为成熟，其优点是电压控制、驱动简单、开关频率⾼、开关损耗⼩，可实现短路保护；缺点是导通（压降）损耗稍⾼、封装热阻⼤、损坏后可能产⽣开路。2）IGCT：新型器件，⽬前最⾼⽔平为6.5kV/4kA，实验室⽔平电压等级达10kV，其优点是电压/电流控制、开关频率较⾼、开关损耗⼩、导通损耗低；缺点是驱动较复杂，⽬前应⽤尚不太成熟、价格⾼。3）IEGT：IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)是耐压达4kV以上的IGBT 系列电⼒电⼦器件，通过采取增强注⼊的结构实现了低通态电压，使⼤容量电⼒电⼦器件取得了飞跃性的发展。IEGT具有作为MOS系列电⼒电⼦器件的潜在发展前景，具有低损耗、⾼速动作、⾼耐压、有源栅驱动智能化等特点，以及采⽤沟槽结构和多芯⽚并联⽽⾃均流的特性，使其在进⼀步扩⼤电流容量⽅⾯颇具潜⼒。

综上⽐较，IEGT具有导通压降低、⼯作频率⾼、电压型门极驱动、安全⼯作区宽、易于串联使⽤等优点。从功率等级和电压等级上来讲，IGCT、IEGT与IGBT的定位远不相同，IGCT及IEGT主要应⽤在⾼压⼤容量的场合，IGBT应⽤在低压⾼频⼩容量场合。IGCT、IEGT开关频率都很⾼，在500-1000Hz之间，虽然远不及IGBT⾼，但在很多场合已经⾜够。IGCT是电流脉冲驱动，驱动功率⽐较⼤，但其门极驱动电路集成在IGCT内，对外只有门极驱动供电接⼝和⽤于传输触发信号和反馈状态的光纤，驱动体积⼩且简易。IEGT是电压驱动型器件，驱动功率与IGBT差不多。IGCT是晶闸管的复合管，可直接串联，因此不必过多考虑均压措施。⽽IGBT在串联使⽤时应考虑均压措施。IGCT与IEGT 导通和关断损耗都很低，尤其是IGCT，如果不计驱动功率，同电压等级的IGCT 损耗要⽐IGBT更低。对于IGCT和IEGT来说，4.5kV/3kA是较常⽤的规格，其容量和电压等级要远⽐IGBT⼤得多，更适合应⽤在⼤功率FACTS装置及⼤功率传动装置中。