諧波治理市場趨勢

諧波治理歷史記錄

20世紀20年代末，人們開始注意到電力系統非線性負載會產生諧波。20世紀50年代，隨著科學技術的進步，大量非線性負載給電力系統帶來了嚴重的諧波干擾。20世紀70年代以來，由于諧波所造成的危害日趨嚴重，世界各國對諧波問題都予以充分的關注，國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議。最近40年，世界各國對電力系統諧波問題的研究已超過了電力系統自身的研究范疇，并且取得了前所未有的發展。 
20世紀70年代前，諧波治理處于無源濾波器（PF：PassiveFilter,也稱濾波器）時代。作為無源濾波器的LC濾波器，由濾波電容器、濾波電抗器和電阻器適當組合而成。因為其具有結構簡單、設備投資少、運行可行性高、運行費用較低等優點成為應用最多的諧波補償裝置。但其工作原理決定其存在固有缺陷。

首先，諧振頻率依賴于元件參數，因此只能對主要諧波進行濾波，且LC（電容和電抗）參數的漂移會導致濾波特性改變，使濾波性能不穩，難以保證濾波效果。其次，只能抑制按設計要求規定的諧波成分，有時由于高次諧波的成分復雜，必須同時加入多個濾波電路，使整個無源濾波裝置的體積增大、損耗增加；同時考慮到成本問題，不能僅靠增加無源濾波器數量來提高濾波效果。最后，電網中的某次諧波電壓可能在LC網絡中產生很大的諧波電流。

20世紀70年代后，諧波治理進入有源濾波器（APF：ActivePowerFilter）時代。諧波源一般為非線性負載，如整流器等,供電系統一般為保護對象。與無源濾波器相比，APF是一種主動性型的補償裝置，具有較好的動態性能。特別是基于電壓源型的APF,結構簡單、質量輕、損耗小、價格便宜以及容易實現多重化，從而降低開關器件的開關頻率。因此，在工業領域，這種APF,通常被考慮為優先研發的應用項目。當前，有源濾波器(APF)應用于用戶端電力諧波抑制，被認為是最有效的抑制諧波的方法。 

諧波治理設備發展規模

前瞻產業研究院《2018-2023年中國電能質量治理產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》通過對一些用電負荷的分析測試，冶金行業的諧波含量約為30-35%，化工、制藥、建材行業諧波含量約為30%，民用及辦公負荷的諧波含量不低于10%，由此估計全部電力負荷中諧波含量不低于15%，照此測算，2016年諧波功率達到1.38億千伏安，而這些諧波大部分沒有得到有效治理。

圖表1：2010-2016年中國諧波治理需求（單位：億千瓦時，億kw，億千伏安，%）

                    資料來源：前瞻產業研究院整理

受益于產業政策支持、下游應用市場需求拉動及電力電子行業內部不斷進步，近年來我國諧波治理設備市場規?？焖僭鲩L。按照諧波治理設備單價1200元/千伏安測算，2010-2016年諧波治理設備市場總容量為968億元（2014、2015年和2016年分別為148億元、202億元和248億元），可以看到2012年市場規模增速有較大幅度下降，但仍處于較高水平。

圖表2：2010-2016年諧波治理設備市場規模及同比增長（單位：億元，%）

            資料來源：前瞻產業研究院整理

中國諧波治理設備應用現狀

在市場應用方面，有源濾波裝置將來必然會在電能質量治理產品市場占據主導地位，APF（包括SVG）的優異性能將在輸配電樞紐站、電氣化鐵路、電弧爐、軋鋼等重要的電力負荷中得到充分應用。相信未來APF的自主產品將逐步取代國外進口產品，其價格也將日趨降低，應用也更為廣泛。

圖表3：我國諧波治理主要應用領域需求分析（單位：kA，億元，%）

                                                                              資料來源：前瞻產業研究院整理

諧波治理設備需求前景

“十三五”時期，我國將持續提高非化石能源發電比重，優化配置好非化石能源發電品種，優先發展水電和核電，以拉動和穩定經濟增長，促進電力結構綠色轉型和低碳發展，保障電力中長期安全經濟供應。按照國家有關文件做好煤電節能減排升級改造，加快研究制定電能替代戰略，出臺電能替代產業政策，在工業和民用領域推廣“以電代煤”。

以此進行測算，2018-2023年間，全國用電量累計將達到424335億千瓦時，治理諧波總量將達到2.562億千伏安。諧波治理設備單價1200元/千伏安測算，則2018-2023年間我國諧波治理設備市場的容量將達到3074億元。

圖表4：2018-2023年中國諧波治理需求測算（單位：億千瓦時，億kw，億千伏安，%，億元）

  資料來源：前瞻產業研究院整理

醫療建設類項目

醫療行業各類型的精密醫療設備如CT、X光機、核磁共振機等醫療設備、大量的電梯設備、空調、計 算機、UPS以及變頻水泵紗統等，不僅諧波增加，而且負荷也呈現出波動的特性。之前醫院內一般接固定電容補償、或者接觸器投切的電容器組，但在諧波環境下，這類傳統補償裝置越難以適應補償要求，而且傳統的電容補償裝置會放大諧波，補償裝置自身的安全性都受到影響

            北京307醫院                                        濟南軍區總醫院                                 銀川市第一人民醫院

            南京第一人民醫院                                北京亦莊兒童醫院                             合肥第二人民醫院

            廣州兒童醫院                                       武漢現代人民醫院                             濱海中醫醫院

            哈爾濱人民醫院                                    內蒙古人民醫院                                江蘇南通附屬醫院

            陜西腫瘤醫院                                        西安婦幼保健科研基地                     河南駐馬店醫院...

公共建設類項目

近年來，隨著電器自動化進程的不斷發展，計算機、熒光燈、不間斷電源以及變頻空調等非線性設備走進各辦公樓宇及千家萬戶，產生了大量的諧波。形式多樣的非線性負載產生的諧波電流如果不加抑制直接注入系統，會電網波形畸變，一方面導致變壓器發熱，增加電網網損，造成火災隱患，影響電網安全運行；另一方面，污染周圍的電氣環境，干擾其他的敏感設備正常運行。

             博鰲亞洲論壇                                     西安外國語                                         河北報業

             廣州時代中國                                     浙江臺州學院                                      山西大同體育場

             拉薩大劇院                                         黃金時代廣場                                     蘇州大劇院

             長春奧體中心                                     廣州日汽                                             濟南恒隆廣場

             天津東疆港                                         河南平頂山污水處理                           龍湖奧東地塊

             河北聯合大學                                     上海虹橋04地塊                                  大連京劇院...

石油化工類項目

由于生產的需要，石化行業中存在著大量泵類負載，并且不少泵類負載都配有變頻器。變頻器的大量應用使得石化行業配電系統中的諧波含量大大增加。目前絕大部分變頻器的整流環節都是應用6脈沖整流將交流電轉化為直流電，因此所產生的諧波以5次、7次、11次諧波為主。研究表明，諧波電流會使變壓器而產生附加損耗，從而引起過熱，使絕緣介質老化加速，導致絕緣損壞。諧波的存在會使視在功率增加，對變壓器的使用效率產生重大的負面影響。同時，諧波對電力系統中的電容器、斷路器、繼電保護設備都有直接的負面影響。對于很多測量儀表，并不能測量出真實的均方根值而是測量出平均值，在諧波嚴重時，這樣的讀數會有較大的偏差，從而造成計量偏差。

             中石化勝利油田                                 華北油田                                            中德新能

             中石油大港油田                                 冀中能源股份                                     華友浦項新能源

             中海油海上鉆井平臺                          陽煤集團                                            華蘭生物工程

             中曼石油裝備                                     浙江嘉興日本電鍍廠                          湛江五洲生物科技

             渤海石油                                            內蒙古伊泰化工                                 河北前進鋼鐵...

軌道交通類項目

軌道交通諧波主要來源于車輛牽引供電的整流、逆變裝置，其次是直流電源成套裝置、照明、電梯、顯示屏、空調、排水等裝置，主要以5、7、11、13次諧波為主，也含有部分3次諧波。諧波消耗系統中的無功儲備，增加線路損耗，影響繼電保護、自動控制裝置的可靠運行，使用電設備的運行安全性下降，對通信、信號產生電磁干擾。諧波還會對線路中的其他無功補償裝置造成破壞性影響，同時無功補償裝置亦會放大諧波，形成惡性循環。軌道交通尤其是地鐵供電系統對供電可靠性要求非常嚴格，諧波是威脅其供電可靠性的主要誘因。

             山東省武警飛機場                                  魯南高鐵                                        北京豐臺站  

             西成高鐵                                                國航西南分公司                              D3803大連站

             鹽通鐵路                                                臨離高速                                         黔張常（龍山-桑植-

             西安咸陽國際機場                                  云桂鐵路                                         咸豐站）

             雄安高鐵                                                原神高速公路                                  地鐵西漳戰區... 

IT/通信/銀行類項目

隨著IT、通信/銀行業發展，為適應大規模數據中心機房的運行需要，IT、通信/銀行配電系統中的UPS等諧波負載的使用容量在大幅上升。IT、通信/銀行低壓配電系統主要的諧波源設備為UPS、開關電源、變頻空調等。不同廠家的設備產生諧波電流含量有較大的差異，但普遍都偏高，電流總諧波畸變率THDi甚至超過了50%(一般在30%以上)其中5次、7次、11次諧波電流最嚴重，有時也含有較多3次諧波。

            中國聯通濟南公司                                  北京綜合郵件處理中心                      溫州銀行    

            三星西安基地                                         浙江禾城銀行                                    濟南保稅區華芯產業基地 

            杭州平安銀行                                          海創大廈                                          江蘇天舜金融科技

            深圳百度大廈                                          瀚天天成科技                                   西安軟件新城

            河北銀行                                                 679保密局                                       昆明移動公司... 

其他

近年來，在工業革命熱潮下，工業控制系統在航海、制造業、電力、交通、研究等行業均產生較大的影響此發展運行過程后非線性設備產生了大量的諧波。形式多樣的非線性負載產生的諧波電流如果不加抑制直接注入系統，會電網波形畸變，一方面導致變壓器發熱，增加電網網損，造成火災隱患，影響電網安全運行；另一方面，污染周圍的電氣環境，干擾其他的敏感設備正常運行。

              青島啤酒                                               柳州五菱                                          天津濱海監獄

              萊鋼集團                                               南水北調河原項目                            臨江商務

              超威電池                                               天士力制藥                                       犍為鳳紙業

              錦州港集團                                           海亮銅業                                           華控節能

              嘉峪關中核404項目                              長山藥業                                           華海藥業

              恒泰紡織                                               隆科特新建廠區                                山西平遙監獄

              太行潤源食品                                        長三角CD棟                                      山東濟華燃氣...