谐波治理市场趋势

谐波治理历史记录

20世纪20年代末，人们开始注意到电力系统非线性负载会产生谐波。20世纪50年代，随着科学技术的进步，大量非线性负载给电力系统带来了严重的谐波干扰。20世纪70年代以来，由于谐波所造成的危害日趋严重，世界各国对谐波问题都予以充分的关注，国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议。最近40年，世界各国对电力系统谐波问题的研究已超过了电力系统自身的研究范畴，并且取得了前所未有的发展。 
20世纪70年代前，谐波治理处于无源滤波器（PF：PassiveFilter,也称滤波器）时代。作为无源滤波器的LC滤波器，由滤波电容器、滤波电抗器和电阻器适当组合而成。因为其具有结构简单、设备投资少、运行可行性高、运行费用较低等优点成为应用最多的谐波补偿装置。但其工作原理决定其存在固有缺陷。

首先，谐振频率依赖于元件参数，因此只能对主要谐波进行滤波，且LC（电容和电抗）参数的漂移会导致滤波特性改变，使滤波性能不稳，难以保证滤波效果。其次，只能抑制按设计要求规定的谐波成分，有时由于高次谐波的成分复杂，必须同时加入多个滤波电路，使整个无源滤波装置的体积增大、损耗增加；同时考虑到成本问题，不能仅靠增加无源滤波器数量来提高滤波效果。最后，电网中的某次谐波电压可能在LC网络中产生很大的谐波电流。

20世纪70年代后，谐波治理进入有源滤波器（APF：ActivePowerFilter）时代。谐波源一般为非线性负载，如整流器等,供电系统一般为保护对象。与无源滤波器相比，APF是一种主动性型的补偿装置，具有较好的动态性能。特别是基于电压源型的APF,结构简单、质量轻、损耗小、价格便宜以及容易实现多重化，从而降低开关器件的开关频率。因此，在工业领域，这种APF,通常被考虑为优先研发的应用项目。当前，有源滤波器(APF)应用于用户端电力谐波抑制，被认为是最有效的抑制谐波的方法。 

谐波治理设备发展规模

前瞻产业研究院《2018-2023年中国电能质量治理产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》通过对一些用电负荷的分析测试，冶金行业的谐波含量约为30-35%，化工、制药、建材行业谐波含量约为30%，民用及办公负荷的谐波含量不低于10%，由此估计全部电力负荷中谐波含量不低于15%，照此测算，2016年谐波功率达到1.38亿千伏安，而这些谐波大部分没有得到有效治理。

图表1：2010-2016年中国谐波治理需求（单位：亿千瓦时，亿kw，亿千伏安，%）

                    资料来源：前瞻产业研究院整理

受益于产业政策支持、下游应用市场需求拉动及电力电子行业内部不断进步，近年来我国谐波治理设备市场规模快速增长。按照谐波治理设备单价1200元/千伏安测算，2010-2016年谐波治理设备市场总容量为968亿元（2014、2015年和2016年分别为148亿元、202亿元和248亿元），可以看到2012年市场规模增速有较大幅度下降，但仍处于较高水平。

图表2：2010-2016年谐波治理设备市场规模及同比增长（单位：亿元，%）

            资料来源：前瞻产业研究院整理

中国谐波治理设备应用现状

在市场应用方面，有源滤波装置将来必然会在电能质量治理产品市场占据主导地位，APF（包括SVG）的优异性能将在输配电枢纽站、电气化铁路、电弧炉、轧钢等重要的电力负荷中得到充分应用。相信未来APF的自主产品将逐步取代国外进口产品，其价格也将日趋降低，应用也更为广泛。

图表3：我国谐波治理主要应用领域需求分析（单位：kA，亿元，%）

                                                                              资料来源：前瞻产业研究院整理

谐波治理设备需求前景

“十三五”时期，我国将持续提高非化石能源发电比重，优化配置好非化石能源发电品种，优先发展水电和核电，以拉动和稳定经济增长，促进电力结构绿色转型和低碳发展，保障电力中长期安全经济供应。按照国家有关文件做好煤电节能减排升级改造，加快研究制定电能替代战略，出台电能替代产业政策，在工业和民用领域推广“以电代煤”。

以此进行测算，2018-2023年间，全国用电量累计将达到424335亿千瓦时，治理谐波总量将达到2.562亿千伏安。谐波治理设备单价1200元/千伏安测算，则2018-2023年间我国谐波治理设备市场的容量将达到3074亿元。

图表4：2018-2023年中国谐波治理需求测算（单位：亿千瓦时，亿kw，亿千伏安，%，亿元）

  资料来源：前瞻产业研究院整理

医疗建设类项目

医疗行业各类型的精密医疗设备如CT、X光机、核磁共振机等医疗设备、大量的电梯设备、空调、计 算机、UPS以及变频水泵纱统等，不仅谐波增加，而且负荷也呈现出波动的特性。之前医院内一般接固定电容补偿、或者接触器投切的电容器组，但在谐波环境下，这类传统补偿装置越难以适应补偿要求，而且传统的电容补偿装置会放大谐波，补偿装置自身的安全性都受到影响

            北京307医院                                        济南军区总医院                                 银川市第一人民医院

            南京第一人民医院                                北京亦庄儿童医院                             合肥第二人民医院

            广州儿童医院                                       武汉现代人民医院                             滨海中医医院

            哈尔滨人民医院                                    内蒙古人民医院                                江苏南通附属医院

            陕西肿瘤医院                                        西安妇幼保健科研基地                     河南驻马店医院...

公共建设类项目

近年来，随着电器自动化进程的不断发展，计算机、荧光灯、不间断电源以及变频空调等非线性设备走进各办公楼宇及千家万户，产生了大量的谐波。形式多样的非线性负载产生的谐波电流如果不加抑制直接注入系统，会电网波形畸变，一方面导致变压器发热，增加电网网损，造成火灾隐患，影响电网安全运行；另一方面，污染周围的电气环境，干扰其他的敏感设备正常运行。

             博鳌亚洲论坛                                     西安外国语                                         河北报业

             广州时代中国                                     浙江台州学院                                      山西大同体育场

             拉萨大剧院                                         黄金时代广场                                     苏州大剧院

             长春奥体中心                                     广州日汽                                             济南恒隆广场

             天津东疆港                                         河南平顶山污水处理                           龙湖奥东地块

             河北联合大学                                     上海虹桥04地块                                  大连京剧院...

石油化工类项目

由于生产的需要，石化行业中存在着大量泵类负载，并且不少泵类负载都配有变频器。变频器的大量应用使得石化行业配电系统中的谐波含量大大增加。目前绝大部分变频器的整流环节都是应用6脉冲整流将交流电转化为直流电，因此所产生的谐波以5次、7次、11次谐波为主。研究表明，谐波电流会使变压器而产生附加损耗，从而引起过热，使绝缘介质老化加速，导致绝缘损坏。谐波的存在会使视在功率增加，对变压器的使用效率产生重大的负面影响。同时，谐波对电力系统中的电容器、断路器、继电保护设备都有直接的负面影响。对于很多测量仪表，并不能测量出真实的均方根值而是测量出平均值，在谐波严重时，这样的读数会有较大的偏差，从而造成计量偏差。

             中石化胜利油田                                 华北油田                                            中德新能

             中石油大港油田                                 冀中能源股份                                     华友浦项新能源

             中海油海上钻井平台                          阳煤集团                                            华兰生物工程

             中曼石油装备                                     浙江嘉兴日本电镀厂                          湛江五洲生物科技

             渤海石油                                            内蒙古伊泰化工                                 河北前进钢铁...

轨道交通类项目

轨道交通谐波主要来源于车辆牵引供电的整流、逆变装置，其次是直流电源成套装置、照明、电梯、显示屏、空调、排水等装置，主要以5、7、11、13次谐波为主，也含有部分3次谐波。谐波消耗系统中的无功储备，增加线路损耗，影响继电保护、自动控制装置的可靠运行，使用电设备的运行安全性下降，对通信、信号产生电磁干扰。谐波还会对线路中的其他无功补偿装置造成破坏性影响，同时无功补偿装置亦会放大谐波，形成恶性循环。轨道交通尤其是地铁供电系统对供电可靠性要求非常严格，谐波是威胁其供电可靠性的主要诱因。

             山东省武警飞机场                                  鲁南高铁                                        北京丰台站  

             西成高铁                                                国航西南分公司                              D3803大连站

             盐通铁路                                                临离高速                                         黔张常（龙山-桑植-

             西安咸阳国际机场                                  云桂铁路                                         咸丰站）

             雄安高铁                                                原神高速公路                                  地铁西漳战区... 

IT/通信/银行类项目

随着IT、通信/银行业发展，为适应大规模数据中心机房的运行需要，IT、通信/银行配电系统中的UPS等谐波负载的使用容量在大幅上升。IT、通信/银行低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。不同厂家的设备产生谐波电流含量有较大的差异，但普遍都偏高，电流总谐波畸变率THDi甚至超过了50%(一般在30%以上)其中5次、7次、11次谐波电流最严重，有时也含有较多3次谐波。

            中国联通济南公司                                  北京综合邮件处理中心                      温州银行    

            三星西安基地                                         浙江禾城银行                                    济南保税区华芯产业基地 

            杭州平安银行                                          海创大厦                                          江苏天舜金融科技

            深圳百度大厦                                          瀚天天成科技                                   西安软件新城

            河北银行                                                 679保密局                                       昆明移动公司... 

其他

近年来，在工业革命热潮下，工业控制系统在航海、制造业、电力、交通、研究等行业均产生较大的影响此发展运行过程后非线性设备产生了大量的谐波。形式多样的非线性负载产生的谐波电流如果不加抑制直接注入系统，会电网波形畸变，一方面导致变压器发热，增加电网网损，造成火灾隐患，影响电网安全运行；另一方面，污染周围的电气环境，干扰其他的敏感设备正常运行。

              青岛啤酒                                               柳州五菱                                          天津滨海监狱

              莱钢集团                                               南水北调河原项目                            临江商务

              超威电池                                               天士力制药                                       犍为凤纸业

              锦州港集团                                           海亮铜业                                           华控节能

              嘉峪关中核404项目                              长山药业                                           华海药业

              恒泰纺织                                               隆科特新建厂区                                山西平遥监狱

              太行润源食品                                        长三角CD栋                                      山东济华燃气...