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1、高压变频器项目可行性研究报告目录目录第1章 研究项目概述11.1立项的背景和意义11.2 研究方法1第2章 市场环境分析32.1 相关政策分析32.2 上游产业分析42.2.1 功率器件42.2.2 变压器62.2.3 电量传感器72.2.4 电容器7第3章 国内外研究开发现状与趋势93.1 概述93.2 高压变频调速技术发展历程93.2.1 交-交大功率高压变频器93.2.2 同步电机交-直-交高压变频器103.2.3 异步电机交-直-交高压变频器113.3 高压变频器技术分类及比较123.4 我国高压变频器技术应用现状153.4.1 功率单元串联多电平技术153.4.2 中性点钳位三电平技
2、术183.4.3 电流源型交直交高压变频器193.4.4 负载换相LCI技术203.5 高压变频器技术发展趋势213.5.1功率器件223.5.2 功率器件223.5.3 全面实现数字化和自动化233.5.4 控制技术233.5.5 PWM及多电平技术233.5.6 大功率、小型化、轻型化243.5.7 相关配套行业正朝着专业化，规模化发展243.6 本章小结24第4章 高压变频器行业应用分析264.1 电力行业264.1.1 电力行业应用情况264.1.2 电力行业应用前景284.2 钢铁行业294.2.1 钢铁行业应用情况294.2.2 钢铁行业应用前景314.3 矿山行业314.3.1
3、矿山行业应用状况314.3.2 矿山行业应用前景324.4 水泥行业324.4.1 水泥行业应用状况324.4.2 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365.1 西门子365.2 ABB385.3 东芝三菱-TMEIC395.4 利德华福405.5 合康亿盛415.6广州智光415.7 荣信电气415.8 市场展望425.8.1 行业竞争因素425.8.2 行业市场前景44第6章 项目目标和研发内容456.1 概述456.2 高压变频器设计456.2.1 高压变频功率柜456.2.2 高压变频控制柜设计466.2.3 高压变频控制器软件开发486.2.4 高压变频器试验4
4、86.3 原辅材料和基础配套486.3.1 主要原材料供应486.3.2 基础配套496.4 项目建设内容496.4.1 生产厂房506.4.2 设备及配套设施建设506.4.3 研发与设计过程516.4.4生产规模516.4.5 高压变频器生产工艺流程526.5 技术经济536.5.1 人员编制536.5.2 财务评价536.6 项目进度计划57II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
5、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
6、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，1kV10kV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110kV的变频器有着共同的特征，因此，在本报告中我们把驱动110kV交流电动机的变
7、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。64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.
8、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
9、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。
10、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
11、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
12、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
13、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：IE
14、GT(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
15、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。现阶段，国内IGBT市场主要被欧美、日本企业所垄断。由于IGBT对于技术要求较高，IGBT的厂商比较集中，主要包括欧洲厂商Infin
