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三领域电力电子商务初发展
电力行业电子商务开展的领域,包括三个领域:企业内部的电子商务、企业之间的电子商务和企业与消费者之间的电子商务。
企业内部的电子商务
这是当前电力行业企业电子商务的主体,也是电力行业企业信息化的主要部分。从上世纪90年代中期开始,电力行业加强投资,建设企业网,并形成覆盖全国的四级电力信息网络。这一信息化基础性建设为电力电子商务创建了坚实的基础平台。2000年后,电力体制改革和机构改革,原来的一个国家电力公司,变成了两个电网集团公司和五大发电集团公司及多家电力集团公司。在新的电力格局下,电力信息网络进一步得到扩展和发展,形成覆盖企业绝大部分业务和单位及部门的企业网络。企业的信息化水平得到提高,信息技术应用更加广泛和深入。
企业之间的电子商务
企业与企业之间的电子商务,对于电力行业来讲,应说是最具有发展前途和最适用于电子商务的。电力行业本身就是一个完整的供应链行业。特别是电力体制改革后,这种供应链的模型更加突现出来。采用信息网络,通过网上交易更能提高电力电能量交易效益。
改革前,电力行业的燃料供应、电力设备购销、电能生产、电力上网、电力传输、配电与供应电能,均是采用计划方式调配。各区域之间、省与省之间,通过计划分配电源,统一调配。发电厂也是根据整个电网运行计划来分配发电任务。改革后,这种靠计划来调配的环境不存在了。电网公司和发电集团公司或其他发电公司都是相互独立的电力企业,各自经营,采用竞争上网的市场方式运作。上下游企业之间的商务活动以及电力调度,正在越来越多地应用电子商务。
电力行业是一个资金密集型和技术密集型行业,企业的物资与设备采购不仅面广而且量大,电力行业不仅行业内部有较为频繁的商务往来,而且与机械、电子、煤炭、交通等行业的企业间也有较为频繁的商务交往,如电力行业的采购,包括煤炭燃料的采购、电力设备的采购、电力物资的采购等。招标和投标是电力行业一个很重要的电子商务应用领域。近年来,开展网上电力采购的招标投标较为突出。近年来,涉及电力电子商务的网站达20多个,其中很多都注重电力设备和物资的招标投标商务活动。如国家电力商务网,现有几千会员单位,年交易额上百亿元。由于采用电子商务,电力行业平均节约采购资金20%,仅一个发电厂每年就可节约经费两三千万元。
同时,电力企业积极开展网上电子数据交换、电子资金转账、信用卡支付、电子货币支付等技术在电力系统营销服务应用以及对网上数据交换安全防范技术的研究。
企业与消费者之间的电子商务
电力企业通过信息网开展客户的服务,如国家电网公司在公司“十一五”的信息化建设规划中把电子商务建设列入公司信息化“SG186”工程内容,加快电力电子商务建设,加快供电企业电力营销系统、电力客户服务呼叫系统、电力咨询服务资讯系统、电力数据图书馆等建设,国家电网公司要求完成营销现代化建设发展规划,建立流程通畅、信息共享的管理平台,统一管理模式、营销流程、工作标准、系统功能和数据编码,要在两三年时间内实现客户服务信息化。要建设电力营销实时系统,实现购售电关口电能量的自动采集。建设和运行好营销技术支持系统,增强四个服务的能力,推进电力营销系统和客户服务呼叫中心的建设,2006年95598客户服务系统达到实用化要求。电力银行电费结算系统利用商业银行网点, 客户可以同城办理交费手续,实现日结日清,加快电费回收。
建设、商务模式和市场法则制约电力电子商务发展
应当看到,电力行业电子商务发展与国家电子商务的发展和要求还有相当大的距离。
整个电力行业电子商务发展还没有形成行业信息化的整体规划,更确切讲电力行业电力电子商务发展模式缺少规划,也缺乏统一的电力电子商务规范和运行市场规划。企业的电子商务与企业管理改革,以及企业的发展战略协调发展还存在较大距离。目前,电力电子商务发展是无序的、自由式的。电子商务还处于试验阶段和起步阶段。
由于各企业对电子商务重视程度不一致,各企业内部的电子商务由于受改革的发展的制约,各个企业内部的电子商务发展很不平衡,发展速度和改革速度也差距较大,各企业间的电子商务不能同时开展。更为重要的是,各企业对电力行业商务活动方式和电子商务新的交易形式缺乏共识,也缺乏改革商务活动方式的紧迫感。电子商务主体是商务,传统的商务模式不易动摇和改变,所以,企业商务模式的改革是电子商务的关键。
商务活动模式的改变,是形成电力商务市场环境的基础。目前,电力行业整体电子商务运作环境还没有形成,电力市场化的改革还没有到位,电力电子商务大规模运行的环境形成还有待于电力市场的整体形成。没有规范化的、科学的现代化的电力市场和企业管理,要实现电子商务是不可能的,也是困难的。因此,建立电力电子商务的市场法则和法规,形成健全的电力市场环境刻不容缓。
行业改革与电力电子商务互相促进发展
电力行业是最具有条件建立电子商务的行业。供应链上的各个上下游企业,从发电、输电、配电到供电的环节形成一条龙,龙头连接煤矿等能源行业,龙尾连接整个国民经济和人民生活,各环节相互依赖,关系密切,一环扣一环。因此电力行业具有天然的电子商务条件。
同时,电力行业的信息化建设基本条件已经具备,信息化水平已经有很大的提高。改革已经为建立科学的、规范的电力电子商务环境创造了条件。
应当看到,电力电子商务的进一步发展亟待电力行业改革的进一步深入。电力行业电子商务的成功必须建立在整个行业改革的基础上,这包括建立现代企业管理制度和充分的电力市场环境。当前,电力行业的改革在机构和体制上有较大的改革,发电企业从整个电力系统中已经剥离出来,发电厂的竞争机制正在初步形成。各发电企业通过竞价上网,形成发电厂电力市场。下一步改革,将形成电力的商品方式,引入竞争机制,形成电力批发市场。实现输电环节的剥离,降低进入电力批发市场的门坎,进而形成零售市场。这样一来,整个电力供应链将出现完全市场化的环境。但是,当前离现代电力市场体系的形成还有较大的距离。
重点个股点评:
许继电气(000400):产业链最完整的电力设备企业
公司是电力设备上市公司中产业链最完整的企业,产品包括变压器为代表的一次设备,电厂保护及自动化、电网调度、变电站自动化、配电网自动化等二次设备,子公司成都交大许继则是电气化铁路的龙头企业。与其他上市公司进行比较,国电南自具有一定的可比性,两家公司都拥有二次设备的完整产业链和电气化铁路的自动化产品,但一次设备是国电南自所没有的。
直流输电业务将放量。我国已建成投运的直流输电线路达27条,预计十二五期间,国内直流建设投资在3000亿元左右,带动换流站设备需求合计在1700亿元左右,其中与公司相关的换流阀需求300亿元左右,控制保护需求50亿元左右,直流场设备需求380亿元左右。预计许继集团未来获得国内直流输电线路中控制保护订单的40%左右合20亿元、换流阀订单的30%左右合90亿元、直流场设备订单的10%左右合38亿元,合计148亿元左右,年均29.6亿元左右,将较之前明显放量。
智能电网带动电力自动化业务增长。目前国内220kV和500kV变电站有2300余座,110kV及以下的变电站约2万余座,每年新增变电站约1000座左右,保守估计未来新增变电站数字化系统再加上已有变电站的数字化改造需求每年应在1500座左右,一座110kV的变电站进行数字化改造的话,公司有望获得500万元―600万元的订单,1500座变电站数字化改造的系统需求预计每年将超过75亿元,假设公司占10%左右的市场份额,则每年也有7.5亿元左右。
资产注入仍可期待。我们认为集团公司资产注入只是时间的问题,以现有集团自有资产和国网已注入集团的资产估算,可增厚业绩0.5―0.6元。
荣信股份(002123):有望迎来跨越式发展
公司是国内第一家挂牌上市的电力电子企业,具有清晰的主营业务,严格遵循专注于电力电子产品的生产与研发的发展原则,在业内独树一帜。近年,公司抓住国家大力推进节能减排措施、加强坚强智能电网建设、开展城市地铁与高速铁路建设、促进装备业升级换代等重大利好形势,得到高速发展。对未来,公司雄心壮志,着力打造本土电气设备巨头,提出未来成为中国的ABB、SIEMENS的口号。产品上,从最初的动态无功补偿装置SVC起家,主打光控晶闸管、热管自冷等特色技术,经过10余年的不断生产研发与销售,实现了全球SVC安装700套以上的惊人业绩,超过ABB、中国电科院等国内外竞争对手,成为SVC补偿产品的世界第一。
产品组合完整,技术储备丰富,销售协同效应大,电力电子龙头企业腾飞在即。除了传统优势产品SVC外,SVG、高压变频、光伏逆变器等开始显著贡献销售收入,公司还储备有源滤波、高压固态开关、故障限流器、串补等技术,公司在电力电子领域进行了全面的布局,技术优势明显。新增产品的销售渠道与传统产品销售渠道有很大的重叠,协同效应显现。随着节能减排、新能源、智能电网建设的推进,大功率电力电子行业迎来发展的拐点,公司凭借技术和销售两大优势,将迎来跨越式发展。
变频产品开始进入爆发式增长期,特大功率变频器和光伏逆变器是亮点。公司定位于特大功率高压变频器,掌握矢量控制和能量回馈技术,在西气东输中负责提供高压变频器,50%以上瞄准进口替代的特大功率高压变频器。增发项目产能刚刚释放,具有传统产品销售渠道的优势,高压变频器销售进入爆发式增长期。光伏逆变器进展超出市场预期,今年已经形成3000多万的销售,全球光伏逆变市场容量达到150亿,和无锡尚德合作走出国门指日可待。风电变流器已经完成样机制作,明年开始形成销售,和金风科技合作,开启进口替代的航程,分享国内67亿的市场蛋糕。
北京科锐(002350):配电自动化龙头
公司的主营业务为12kV配电及控制设备的研发、生产和销售,产品主要应用于电力系统配电网建设及配电自动化领域,主营业务方向有两个,一是配电网故障处理,主要产品包括故障指示器、智能型环网柜和重合器;二是模块化变电站,主要产品包括箱式变电站、永磁机构真空开关设备等。
展望“十二五”期间的智能电网全面建设期,两网的总投资额将超过2.1万亿元,同比“十一五”期间电网投资总额增长超过46%,考虑到在“十一五”期间配电网没有与输电网协调发展的现状,我们预计,从2010年开始,配网建设将成为国网下一个重点投资方向,必将带动相关设备公司直接受益。
公司自成立起即从事配电及控制设备的开发与生产,是国内最早从事配电自动化设备开发与生产的企业之一,具备行业领先的技术与产品优势,因此整体盈利能力较强,毛利率居行业前列。目前募投项目进展顺利,部分产品有望明年提早产能爆发。
配电网设备行业面临的问题主要就是厂商太多了,竞争非常激烈,在这个逻辑下,我们选择的更多是具备技术优势、产品优势与研发方向优势,且具备潜在整合背景的(或者说国网间接持股的),北京科锐就具备这种特质。
智能环网柜面临良好发展前景,盈利能力较强:公司智能环网柜具备小型化、智能化的特征,是未来配网自动化的核心产品之一,随着智能电网的推广面临良好的发展前景。公司智能环网柜的毛利率水接近50%,高于行业平均水平,主要由于公司环网柜智能化比例远高于行业平均水平,公司智能化比例占比50%,而行业智能化比例为10%,而智能化模块的毛利率水平较高。
公司主要产品受益于配网自动化的发展,这是未来电网投资的重点,而公司在这方面技术储备较大,未来较大的受益于此。另外,未来统一招标对公司市场份额提升具备较大的作用,公司业绩有望迎来较快速度的提升。
森源电气(002358):高压开关的区域优势企业
由于农村电网改造投资区域广,电压等级较低在110kV及以下,电力设备一次设备公司普遍受益,但中西部区域中压一次设备龙头受益会相对明显。从受益弹性考虑,重点推荐森源电气:公司地处河南,产品为中低压开关柜,属华中地区中压开关龙头公司,在河南省市场占有率非常高,公司的有源滤波装置(APF)产品也在逐步贡献利润,我们预计随着节能减排压力增大,APF需求在2012年将进入爆发期。
森源电气主要从事高低压配电成套设备、高压电器元器件系列产品的开发、生产和销售,目前公司实际所从事的业务包括高低压开关成套设备、高压元器件等产品的生产销售,公司主要产品包括40.5 kV和12kV高压成套开关设备、40.5 kV和12kV高压真空断路器、12kV高压隔离开关、0.4kV低压成套设备等,其广泛应用于电力、煤炭、冶金、石化、建材、市政等各领域。近5年来,公司又强势进入电力电子与电力节能减排行业,为国家重点高新技术企业,拥有省级企业技术中心、河南省中压输配电装置工程技术研究中心,河南省制造业信息化重点示范企业。
公司坚持产品技术领先、质量可靠的理念,产品定位于中高端市场,采用替代进口的竞争策略,与国内同行企业的竞争中处于技术领先地位,产品在河南省电力系统、河南省煤炭、钢铁、有色、水泥、化工等行业大型工矿企业中的市场占有率居于前列。截至2009年7月4日,公司共获得139项专利技术,同时还有12项专利申请已通过国家知识产权局的审查。其中,公司生产的12kV隔离开关产品连续7年排名同行业第一的位置,柜宽1.68米的40.5kVKYN系列高压开关成套设备产品为填补国内空白,国内市场唯一满足《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求的最新产品。
电能质量管理需求促进有源滤波行业启动。有源滤波器可以有效的消除电网中产生的谐波污染,提高电能质量,符合我国节能减排的发展目标,在配电网、轨道交通、电动汽车充电站等领域有着良好的前景。目前,有源滤波器行业在国内正处于行业的起步期,国外公司仍占据着比较大的市场份额,在高压端即400A以上的市场几乎被国外公司所垄断,进口替代前景广阔。森源电气目前该项业务增长迅速,2009年实现销售收入1800万元,而2010年中报显示公司有源滤波器销售收入已达到1476万元,预计全年滤波器业绩增长有望超过100%。同时,公司有源滤波器产品毛利率高达60%,对于公司未来业绩想象空间巨大。
国电南瑞(600406):打造全球电力装备智能二次设备的超级航母
轨道交通业务快速发展,拉动公司收入增长:未来5年,我国轨道交通建设进入快速发展阶段,至2015年,北京、上海、广州等22个城市将建设79条轨道交通线路,总长2259.84公里,总投资8820亿元。国电南瑞的轨道交通业务包括综合监控系统、环境设备监控系统和轨道电力监控系统。今年以来公司先后中标了北京地铁9号线、西安地铁1号线、2号线等项目,新增订单预计超过4亿元。公司目前在地铁综合监控系统市场的占有率约为50%。我们预计公司未来2年轨道交通业务收入的增速将保持在50%以上。
积极开发智能电网产品,争取新的市场突破:公司是我国电网调度领域的垄断企业,省调系统市场占有率约70%,地调系统市场占有率约40%。随着智能电网的发展,电网调度自动化将进一步向标准化、网络化、信息化发展。公司在巩固调度自动化、农电自动化领域龙头地位的同时,将加大对配网自动化系统的市场开发。2010年国网公司在杭州、厦门、北京、银川等市进行第一批配网自动化试点,国电南瑞将成为主要的投标企业之一。
新能源领域产品开发进入成熟期,成为新的利润增长点:2010年公司投资约1.7亿元,先后研制成功风电变流器和风场综合监控系统,并实现并网运行。从2011年起公司将加快上述产品的市场开拓,实现在新能源发电控制领域的快速发展。在电动汽车充电站的研制方面,公司也处于市场领先地位。2010年国网公司计划新建75个充电站和6029个充电桩,在唐山、石家庄、大连、成都、扬州等市开展试点。国电南瑞将积极参与国网公司的充电站招标。
“十二五”和“十三五”智能输变电装备建设期间,电动汽车充电站先于电动汽车全面铺量;公司拥有智能用电、智能配电和智能调度的高壁垒系统集成技术,并是相关技术标准的制定者,公司编制的智能运行管理系统具备配电监控、充电检测、计量计费、有源滤波等功能,能够对电动汽车充电过程进行智能化控制,是电动汽车充电站的最核心部分;公司目前占有80-90%的市场份额,利润丰厚,国网公司至2020年的目标是突破10000座;这一新业务量大而壁垒高,可持续十年以上的投资建设周期,是公司业绩向上突破所打开的第一重空间。
智能配电系统建设不是简单的升级,而是一个全新再造和普及的工程,其投资预计约占智能输变电装备建设投资的40%,是最大一块“蛋糕”;核心技术是多网融合、双向互动的高端系统集成,使得技术壁垒较以往有巨大的提高,公司也是其中相关技术标准的制定者;公司以往该业务收入比重基本维持在8%的低水平,市场仅覆盖东部发达地区,市场份额较低;而未来这一局面大为改观,公司的市场份额在今后的十年中大幅提升,我们认为,这一同样量大而高壁垒的业务得以突破打开公司业绩超预期的第二重空间。
在调度自动化业务中,公司占据最高端的网调和省调50%以上市场份额;在智能输变电装备建设的初期,这一市场格局变化不大;但进入智能输变电装备建设的中后期,随着智能调度覆盖率的提升和调度技术支持系统的建成,则调度系统统一到一个平台上,这也是智能调度终极系统集成的必然结果;预计届时公司在调度自动化的市场空间还有进一步的扩展,挤压其他竞争对手;预计“十二五”期间国网智能调度的投资规模在115亿元左右,较之“十一五”同比增长可达到50%左右。
公司是中国真正具有国际竞争力和完全自主技术的稀缺“资源”,能够在装备制造业的最高端技术领域立于世界的最前端;在今后十年的智能输变电建设中,公司自身的最大竞争优势是自主技术覆盖发、变、输、配、用和调度全部六大环节;而集团和实际控制人承诺将相关业务全部注入公司,届时公司则有望成为中国、乃至全球电力装备智能二次设备的超级航母。
四方股份(601126):二次设备龙头企业
公司是高端二次设备行业的领先者,主营业务为继电保护、电网自动化以及发电自动化系统,公司以出色的技术能力稳居二次设备市场份额第二。
电力二次设备迎来大发展机遇,未来10年二次设备市场容量超过500亿元。其中,每年电网建设所需电力二次设备投资在300亿以上,每年电源基建所需电力二次设备投资在160亿元左右,每年铁路建设和轨道交通等行业投资所需电力二次设备投资在50亿元以上,国外市场需求也许会成为新增长点。
技术优势加市场先发优势。公司创始人杨奇逊院士是我国电力系统微机继电保护领域的开创者,公司在继电保护、电网自动化及发电厂自动化领域拥有国内乃至国际领先的技术和研究成果。公司处于寡头垄断的市场环境,市场份额处于行业领先位置。
综合毛利率高于同行平均水平8-10%。公司毛利率高的主要原因有:1.产品差异;公司生产的产品多用于高压领域、或者公司生产产品的功能更全。2.公司注意成本控制:强化原料采购管理,合理分布生产基地和库存网点。
智能电网前景广阔,四大寡头竞争市场。近年我国电力投资呈较快增长势头,预计"十二五"期间,随着智能电网建设的提速,电力投资总额仍将维持在较高水平。中国的坚强智能电网以信息化、数字化、自动化和互动化为特征,将于2011-2015年进入全面建设阶段,届时将极大地促进电力系统二次设备的发展。二次设备关乎电力系统的安全稳定运行,电网公司和发电企业在招标时对厂商产品的技术水平、运行业绩等多方面设定了严格的条件,能够参与这一市场的竞争者数量有限,行业呈现寡头竞争格局。
公司海外市场开拓初见成效,印度成为主要推动力:公司大力拓展海外市场,产品已经出口到印度和菲律宾,并和印度最大厂商建立长期合作,占据印度约20%市场份额,预计今年比例将会翻倍。
中国西电(601179):中国电气百强之首
公司是我国最具规模的高压、超高压及特高压输配电成套设备研究开发、生产制造和试验检测的重要基地,是目前我国高压、超高压及特高压交直流成套输配电设备生产制造企业中产品电压等级最高、产品品种最多、工程成套能力最强的企业,也是国内惟一一家具有输配电一次设备成套生产制造能力的企业。
进军二次设备,剑指一二次设备融合。我国即将进入智能电网建设阶段,传统变电站将向智能变电站发展,一次设备将会升级为智能电力设备,而二次设备则将发展成为智能控制单元。壮大电力电子,备战智能电网。目前电力电子高端市场有200亿元左右的规模,并以每年50%左右的速度增长,公司预计到2015年市场规模将达到上千亿元。
由于电网投资的放缓和激烈的竞争,公司毛利率和收入增长都面临较大的压力。我们预计2011年上半年电网投资会回暖,而实现利润大约还需要半年的时间,这对公司业绩带来负面影响。为了应对国内市场的萎缩,公司积极开拓海外市场。公司2010年目标实现是海外新增订单40亿元,并计划2015年以前将海外销售收入比重提高到30%左右。为了实现这一目标,公司与华能集团签订战略合作协议,共同开拓海外市场。另一方面,公司积极备战智能电网。公司通过与国电南自成立“西电南自”,进军二次设备市场,剑指一二次设备融合。公司还以西电西整为基础,成立了“西电电力系统公司”,通过加强科技研发壮大电力电子业务。我们预计公司将受益于智能电网的全面建设,2011年下半年开始业绩将会有较大改善。
正泰电器(601877):低压电器龙头起飞在即
公司是一家专注于低压电器生产、销售的民营企业,经过多年努力,在充分竞争的市场环境中,已经确立了行业龙头的地位。公司产品属于耐用电力设备消费品,具有较高的景气度,明年将受益于保障房、配网改造等刺激因素,公司高效的运营效率和品牌保证增加了未来增长的确定性,
行业龙头优势显著,未来有望超速分享新增市场份额。2010年我国发电装机容量9.5亿千瓦,按照每千瓦对应6件低压电器,据我们测算2011-2012每年新增低压电器约5.4亿件,行业平均增速约10%-15%,公司作为我国低压电器行业龙头,2010年前三季度营收复合增速超过30%,毛利增速超过27%,明显高于行业平均水平。未来三年农网改造重点为中低压配电网,为公司五大类主要产品中占比最高类别,约占总营业收入1/3,毛利率相对其他产品中也较高,产品覆盖深度和广度优势显著,公司配电类产品有望实现超预期增长,进一步带动公司业绩。
电力电子产品及高端诺雅克产品将成公司未来增长双翼。公司全资子公司正泰电源已成功开发10-500kW光伏并网逆变器产品,各项技术指标均处于国际先进水平,目前集团旗下正泰太阳能已形成475MW光伏组件产能,未来有望借助集团优势拓展光伏逆变器及其他电力电子产品,预计到2013年新能源产品将为公司实现4.5亿元的营业收入。公司新募投的诺雅克高端配电产品致力占领中高端市场份额,实现国外品牌的替代,目前订单增速超预期。项目完全达产后,有望新增年产值30.7亿元。另外公司募投的6000万台(套)智能电器新项目也将定位市场需求新的变化,预计实现年销售收入26.3亿元。
【关键词】 电力电子技术 配电系统 自动化 应用
电力电子技术涵括了很多的科学技术,包括计算机、自动化、半导体技术等等,同时其应用面极广,尤其是计算机控制系统以及自动化控制技术的发展更为成熟。电力电子技术的应用面不断过大,渗入到不同的行业当中并且使自身的功能价值得到了体现。下文就电力电子技术在配电系统的应用进行详细研讨。
1 电力电子技术的概念以及特点
当前的电力电子技术具有全控化、集成化、高频化以及高效率化。全控化是指自动关断设备取代了半空型普通晶闸管,从而避免了传统电子设备中的换相电路等;集成化是指全控型器件经由单元件并联,形成了一个基片当中;高频化是指利用高频度提高系统的运行效率。比如GTR、IGBT、MOSFET能够分别在低频、高频、超高频的环境中运行;高效率化是指器件以及变换技术两方面的高效率,当器件的导通压降下降时,导通损耗也会相应变小,器件开关上下变化频率增快,同样是开关耗损降低。在软开关中加入软开关技术,能够进一步提高运行效率。电力电子技术属于较为新兴的科学技术,但是已经被广泛应用在电力行业里,能够实现对电能的有效控制以及提高电力系统的运行效率。电力电子技术从功能角度可以分为变流技术以及电力电子器件制造技术,由于其具有众多优势,并且应用面不断扩大,所以电力电子技术的相关知识以及成为了电气工程以及自动化专业重点学习的理论知识。
2 电力电子技术以及配电自动化的发展现状
电力电子技术是在半导体的基础上逐渐发展出来,其为强弱电的连接搭建了一个平台。经过长期的发展,电力电子技术的发展相对较为成熟。其最早是以晶闸管的形式出现,后又发展成为可控硅整流装置,完成了质的飞跃,在后来出现了柔流输电技术,此项技术促使许多新型设备的产生,同时电力电子技术也向工业自动化和机电相结合的发展道路,当前电力电子技术能够实现节能环保、智能化、轻便化等众多优势。就我国来说,电力电子技术的发展相对较晚,但是通过国家的帮扶和人们的不懈努力,已经走向了独具特色的高速发展道路。
经济的发展必定会带动电力产业的进步,电力产业的发展已经从传统投资规模变为以市场需求为重心的发展模式,同时电力市场也完成了卖方向买方转变的过程,以前我国发电和配电的比率存在较大差距,落后于世界先进国家,当前已经得到了一些改善,例如35kV变电站具备了四遥功能,但是还是存在很大的成长空间,例如电站的自动化、故障检测定位、故障隔离、最低网损等等,这些还属于发展阶段。从供电设备来看,许多的供电企业已经找到了与配电自动化相协调的设备,例如馈线开关远程式终端、开闭所、重合器等等,所以实现配电系统自动化的硬件条件还是比较完善的,但除此之外主要还存在两个问题:第一,供电方在选择设备的同时,应从自身实际状况出发,同时还要综合考察设备的性价比,使设备不至于过快的淘汰,进而造成成本的浪费,尽量选择与当前科学技术发展方向一致的设备,并且秉承统一规划、分步实施的原则;第二,配电系统本身具有特殊性,体现在远方抄表、容量大、定制远传等,对于这些技术的标准化要求还存在缺陷,同时以往的规范限制了使用性能,为了防止电力设备供货商自行设置的紊乱情况出现,有必要将电网的通信规约尽早规范下来。
3 实现配电自动化的必要性
电力电子技术、计算机技术、自动化控制技术三者是相辅相成的关系,只有将电力电子技术与配电系统相结合,才可以实现电子系统的自我控制能力、效率以及配电质量,将电力电子技术应用于配电技术还有以下几个方面:第一,使电力系统具备更高的自动化水平,电力电子设备的出现促进了电力电子技术的发展,使电力系统具备自动智能化的功能。尤其是模糊控制、智能化控制对于电子设备的重大意义;第二,电力电子技术不仅能够降低供电单位的成本消耗,保障企业利益,同时其服务对象是社会群众,所以高质量的配电系统能够产生高质量的供电服务,从而实现社会效益;第三,电力电子技术不仅仅是以技术的身份停留在技术的层面,而对于电气产业的结构和管理形式都形成了很大的影响,企业通过利用电力电子技术,使得自身加快了向新兴产业的转型。
4 电力电子技术的优点
首先,电力电子技术能够对电力进行有效控制,从而将所耗的电能控制在合理范围之内,达到了优化电能的目的,同时在用户使用的过程当中也发挥出有限电量的最大使用价值。对于工业生产来说,电力电子技术的不仅提高了生产的效率,也使节能价值得到体现。
其次,电力电子技术的应用能够使民用电和工业用电的质量得到提升,促进了工业制造工艺的革新,使机电一体化技术得到了发展,在当前对电力电子技术的使用当中,还加入了网络信息技术,这进一步提高了电力电子技术的使用价值。
然后,电力电子技术能够实现设别的高频化,打破了传统工频的限制,大大提高了运行效率,使机电设备的体积得到了控制。
最后,只有不断的实践才能促进技术的进步,电力电子技术正是因为不断的发展,不断的被应用,从而使其融入了其他的先进科学技术,进一步促进了技术的发展,进而得到更广阔的应用平台。
5 电力电子技术的应用
5.1 发电阶段
在此阶段,电力电子技术能够最大程度的保证配电系统的安全、可靠,能够增强发电效率,增强管理的科学性。同时电力电子技术中的励磁技术、太阳能技术、直流调速、变频调速技术都能够保障发电环节的顺利进行。主要应用方式如下:磁力技术主要能够提高调节速率,为其他控制提供有利条件,同时降低了成本、操作难度低、可靠度高;变频调速技术当前发展较为成熟,使风机水泵具备变频调速功能,对于能源的消耗量也不大,在未来具备良好的发展潜力;太阳能技术体现在环保方面,能够将太阳能电池板当中的能源转换到电力系统当中,节约了资源,降低了成本;直流调速技术在很多设备中还具有应用价值,能够提高电力系统整体的运行效率。
5.2 输电阶段
HDVC以及柔流输电技术两方面是电力电子技术在输电阶段的主要应用,HDVC又可以分为常规HDVC以及HDVC Light技术,其最大的特点是可以进行远距离输电,受到环境影响程度较小,可以完成大容量、可靠度高、灵活性好的电力输送,同时HDVD可以保持系统处于持续的、稳定的运行状态当中。柔流输电技术是当前发展速度最快的电力电子技术,其与控制技术的连接十分紧密,另外可以控制电力系统中的很多参数,例如电压以及电流,能够优化输电状况,减小输电线路对于电能的损耗,从而保证了系统运行的稳定和安全。除了HDVC以及柔流输电技术外,微型计算机自动化控制也发挥出了应用价值,主要负责对故障的处理,包括检测、分析以及切除等,减少了人员的工作量。
5.3 配电阶段
在配电阶段当中电力电子技术的应用目标就是实现配电的可靠性,进而使供电质量得到保证。其特点就是弱电对强电的控制以及调控电压电流、功率,避免谐波的不良影响,其工作原理类似于柔流输电技术,能够同时兼顾电力标准以及配电质量。综合来说电力电子技术在此阶段的应用面最大,同时在未来还会有进一步发展。
5.4 节能环保
电动机的节电并不能完全达到节电效果,变负荷电动机调速同样也无法实现完全的节能,因此只有将以上两中节能方式相结合,才能实现全方位的节能效果,变频调速的无功损耗调速对电力系统的环保节能有重要意义,避免了传统调速中功率耗损过大的问题。同时变频调速有助于电机设备自动化水平的提高,在保证调速的准确度的同时又可以达到30%的节能效果,另外还可以是电力设备的运行稳定,不会出现系统崩溃的情况。
6 结语
电子技术与能源有机结合是未来电力电子技术在配电系统应用的发展方向,同时综合太阳能、风能等不耗损资源,增强资源的利用率,总的来说就是其发展方向应该是迎合环保节约型的社会发展理念的,通过电力电子技术向机电一体化的发展不断深入,未来将会形成一个电力电子技术体系并且覆盖全国。除此之外智能化也是电力电子技术的发展方向,电力设备必须具备自我控制能力,对于问题能够识别并且采取有效的解决办法,自动化的水平越高,对于人员的依赖性就越小,进而可以达到降低成本、减少工作量,增加效率,保证供电质量等一系列好处。
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20世纪80年代以来,微电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力集成器件,带来了电力电子技术的新时代,实现了由传统的电力电子技术向现代电力电子技术的转变。
1现代电力电子器件
现代电力电子器件是指全控型的电力半导体器件,分为三大类[1]:双极型器件、单极型器件和混合型器件。
1.1双极型器件,是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件这类器件具有通态压降低、阻断电压高和电流容量大的特点。适合中大容量的变流装置。其中,我们常见的交流装备有:门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、静电感应晶闸管(SITH)。
1.2单极型器件,是指器件内只有一种载流子(多数载流子)参与导电过程的半导体器件具有代表性的产品有电力场控晶体管(电力MOSFET)和静电感应晶体管(SIT)。单极型器件开关的时间较短,一般多在几十纳秒以下,这是因为大部分的载流子导电,无少子存储效应。
1.3混合型器件,是指双极型器件与单极型器件的集成混合其主导器件为GTR、GTO晶闸管和SCR,将MOSFET用来做控制器件混合集成之后产生的器件。这种器件不仅具有GTR、GTO晶闸管和SCR等双极型器件电流密度高、导通压降低的优点,又具备MOSFET等单极型器件输入阻抗高、响应速度快的优点。因此,人们开始高度重视这种新型混合器件。IGBT被人们公认为最有发展潜力的复合器件之一。
2绝缘栅双极型晶体管(IGBT)
2.1IGBT的地位及作用
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),中文我们称之为“绝缘栅双极晶体管”,是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。它是电力电子技术的核心技术,且是电机控制和功率变换器的首选器件。广泛用于轨道交通、航空航天等战略性行业,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为功率变流装置的“CPU”。它是电力电子领域非常理想的开关器件,其频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间,可正常工作在几十Hz的频率范围内,故在较高频率的大、中频率应用中占主要地位[2]。
2.2IGBT的工作原理(如图1)IGBT和电力MOSFET有很大的渊源,可以说IGBT是根据电力MOSFET的原理发展出来的,在结构上面,两者有很大的相似之处。但是,IGBT具有很强的电流控制能力。原因归结于两者间结果的不同之处,即:IGBT多一个P层发射级。在IGBT导通时,这个p层发射级可由P+注入区向N基区发射载流子(空穴),以调制漂移区的电导率。IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。门极是以正向栅极电压时,MOSFET内形成沟道并未PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。在门极施以负电压时,MOSFET内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。
3IGBT的应用领域
IGBT作为电机控制和功率半导体器件首选器件,在轨道交通、航空航天、船舶驱动、新能源电动汽车、风力发电、太阳能发电、高压变频、工业传动及电力传输等多个重要行业和领域广泛运用。目前,在轨道交通高速动车组、大功率电力机车、城轨车辆几乎普遍采用IGBT;在节能环保领域,IGBT成为节能设备最核心的部件;在电力传输领域,IGBT在柔性输电等技术中发挥越来越大的作用。同时,大功率IGBT也是谐波治理中最理想的开关器件。因此,IGBT具有良好的市场前景。在未来很长一段时间内,为适应全球降低CO2排放的战略需要,IGBT将更加广泛地应用于可再生能源发电、智能配电与控制、分布式发电、电力牵引等领域,成为节能技术和低碳经济的主要支撑。
4IGBT的发展现状
IGBT是电力电子时代的新宠。它是一种很优秀的电力电子器件,已逐渐替代了晶闸管,成为电力电子技术平台性的器件。虽然国外的IGBT产业取得了很大进展,但令人叹惋的是,我们国家目前并未形成自己的IGBT产业,目前我们使用的IGBT管子全部是进口购买的。我国只能进口国外IGBT芯片,自己进行少量封装。因此对于我们这样一个拥有13亿人口的大国,像IGBT这样的基础元件及其相关技术,必须拥有自己的IGBT产业。随着国家对电力电子技术发展的重视,相信很快就会用上自己生产出的IGBT。
关键词:电力电气;自动化元件;技术的运用
Abstract: with the rapid development of the power grid construction, the electric power enterprise automation, information technology and the development of electric power market promotion, to take a more advanced automation control technology and its products, improve the power plant factory electricity electrical automation operation and management level, saving energy consumption, and enhance the competitive power of enterprise, become a hot topic of power generation enterprise. Enhance power electrical automation components, the application of automation production to promote enterprise is the important guarantee. Below through analyzing all-controlling power electronic switch, converter circuit, the exchange of speed regulation control, frequency converter, SCM, integrated circuit and industrial control the development of the computer and so on various aspects of the technology, this paper expounds the power electrification in power system in our country.
Key words: electric power electrical; Automation components; technique
中图分类号:F407.61文献标识码:A 文章编号:
随着经济全球化的到来,市场化进程的不断加速,自动化的生产已经成为企业适应市场,并确保实现经济效益的可靠。电力电气的自动化程度是一个国家电力电子行业发展水平的一个重要核心,它是整个社会经济运行不可缺少的技术方法。
1电力电气化研究的重要意义
市场经济的核心是市场,企业的生产是为了市场的需求而存在的。因此,只有提高企业的电力电气自动化程度,才能满足市场对产品的大需求,提高企业的市场份额。同时能够保证产品的质量,减少设备的故障发生和产品次品的产生,提高生产的安全性。企业提高企业生产的电力电气自动化,可以有效的提高工作的可靠性,提高运行的经济性,保证产品质量,提高劳动生产率,改善生产劳动的条件。提高企业的电力电气化程度,可以从改善电力电气自动化元件的技术方面着手,这是一个最基本的手段。
2主要的电力电气自动化元件技术
目前电力电子技术、微电子技术沟迅猛发展,原有的电力传动(电子拖动)控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。它的研究对象已经发展为运动控制系统,下面仅对有关电气自动化技术的新发展作一些介绍。
2.1全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
20世纪50年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。晶闸管是第一代电子电力器件,在我国,至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。由于目前所能生产的电流/电压定额和开关时间的不同,各种器件各有其应用范围。随着交流变频技术的兴起,全控式器件―――GTR、GTO、P-MOSEFT等相继出现了,这是第二代电力电子器件。
GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题,使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上,这也使得电路比较复杂,难以掌握。
GTO是一种用门极可关断的高压器件,它的主要缺点是关断增益低,一般为4.5,这就需要一个十分庞大的关断驱动电路。而且它的通态压降比普通晶闸管高,约为2~4.5V,开通di/dt和关断dv/dt
也是限制GTO推广运用的另一原因,前者约为500A/μs,后者约为
500V/μs,这就需要一个庞大的吸收电路。
功率MOSFET是一种电压驱动器件,基本上不要求稳定的驱动电流,驱动电路需要在器件开通时提供容性充电电流,而关断时提供放电电流即可,因此驱动电路很简单。IGBT是P-MOSFET工艺技术基础上的产物,它兼有MOSFET高输入阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。其开关速度P-MOSFET低,但比GTR快;其通态电压降与GTR相似约为1.5~3.5V,比P-MOSFET小得多,其关断存储时间和电流下降时间分别为为0.2~0.4μs和0.2~1.5μs,因而有较高的工作频率,它具有宽而稳定的安全个工作区,较高的效率,驱动电路简单等优点。
2.2变换器电路从低频向高频方向发展
电力电子器件的更新使得由它组成的变换器电路也相应的更新换代。电力电子器件的第二代,很多的是采用PWM变换器。采用PWM方式后,提高了功率因数,减少了高次谐波对电网的影响,解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。
由于PWM逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上,使电机绕组产生振动而发出噪声。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。1986年美国威斯康星大学Divan教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上,电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’,其开关损耗较大,限制了开关在频率上的提高。这样,可以使逆器尺寸减少,降低成本,还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此,谐振式直流逆变器电路极有发展前途。
2.3交流调速控制理论日渐成熟
矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式,把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来,分别加以控制。实际上就是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电动机的模式,这种等效变换是借助于坐标变换完成的。
大致来说,直接转矩控制,用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下分析计算与控制电流电动机的转矩。采用定子磁场定向,借助于离散的两点式调节(Band-Band控制)产生PwM信号,直接对逆变器的开关状态进行最佳控制,以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动数学模型的简化处理,大大减少了矢量控制中控制性能参数易受参数变化影响的问题。其控制思想新颖,控制结构简单,控制手段直接,信号处理物理概念明确,转矩响应迅速,限制在一拍之内,且无超调,是一种具有高静动态性能的新型交流调速方法。
2.4通用变频器开始大量投入实用
一般把系列化、批员化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从技术发展看,电力半导体器件有GTO、GTR、IGBT,但以后两种为主,尤以IGBT为发展趋势:支频器的可靠性、可维修性、可操作性即所谓的RAS功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。
2.5单片机、集成电路及工业控制计算机的发展
以MCS-51代表的8位机虽然仍占主导地位,但功能简单,指令集短小,可靠性高,保密性高,适于大批量生产的PIC系列单片机及GMS97C。另外单片机的开发手段也更加丰富,除用汇编语言外,更多地是采用模块化的C语言、PL/M语言。
3结论
全控型的电力电子开关已经逐渐取代了半控型的晶闸管,高频的变换器得到发展,交流调速的控制理论日益成熟。这些技术的不断提高,必将使得企业的生产更加自动化,快速化,安全化,现代化。
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【关键词】电力 电子集成 现状 趋势
我们在研发电力电子技术以及生产、维护装置上要投入大量的人力、物力,因此极大的限制了电力电子装置的普及使用,让电能使用技术的进步和发展被约束。根据相关研究表明,电力电子集成技术是制约电力电子技术发展的主要原因。因此深入的研究电力电子集成技术对电力电子技术的普及具有重要的现实意义。笔者在本文中首先分析了电力电子集成技术的概念和重要意义,然后探讨了集成技术的形式和层次,最后分析了研究的现状以及发展方向,以期进一步提升电力电子集成技术的运用和发展。
1 电力电子集成技术的概念和重要意义
1.1 概念
早在几十年前就已经出现电力电子集成概念,1946年,在美国诞生第一台计算机――ENIAC,随着计算机技术的发展和进步,出现了晶体管计算机,由此出现集成电路。集成电路的出现让人类科技获得突飞猛进的发展和进步,出现了早期的单片集成,同时初步形成集成的片内系统(System On Chip―SOC)理念。但是在单片集成上存在显著地问题如导热、电流小等,这些情况致使单片集成的适用范围难以普及。当前,电力电子集成化思想已逐渐明确,以电力电子功率模板为基础对单片集成技术进行革新,形成了更加完善的集成化理念。
1.2 重要意义
电力电子集成技术的提升和电力电子行业的发展息息相关。这对复杂的电力电子集成系统的研发比较有利,会有效的降低设计成本以及设计的人力、物力投入,进一步创新电力电子行业的技术,对电力、能源以及工业生产的自动化产生深远的影响。同时电力电子领域的技术密集产业以及劳动等问题可以被电力电子集成技术的发展和进步过程中很好的解决。
2 集成技术的不同层次和形式
2.1 单片集成
在加工的过程中使用半导体集成电路方法是在同一片硅片上集成制作电力电子电路中的功率器件、驱动、控制和保护电路,其主要思想为SOC单片系统概念。和其他集成方式相比,这种集成方式的集成度最高,比较适合自动化、大批量生产,成本较低,但是制造工艺差别较大,还存在传热、高压隔离等问题。所以单片集成的难度较高,当前使用的范围较小。随着新型半导体材料制造工艺的进步和提升,其会有较大的发展,大功率是未来发展的方向。
2.2 混合集成
所谓的混合集成技术,是一种封闭操作的混合技术,其主要是在一块模版中组合功率器件、保护电路等相关的硅片,进而通过相互独立的工作形式形成一个个独立的工作的单元。该混合集成技术能够把产品加工过程中高压隔离等问题很好的解决,同时具有高密度集成的优点,由于具有体积小、质量轻等特性,在电子集成领域被广泛的运用。但是因为其内部存在电磁兼容的问题,需要进一步提升其可靠性。
2.3 系统集成
机器的有机组装被大量有实体设备的出现而实现,对组合和搭配合理的制定可以形成机器系统。因为电力电子技术在不断变化之中,对系统进行集成的过程中,进行系统集成可以使用电路设备以及和此相关的设备,进一步提升系统的完整性。功能是集成的重点,集成不同的功能能够发挥更大的作用,同时要求的集成技术要求较低。运用这样的方式集成组合系统,和未集成的系统相比,其不仅体积较大而且重量也很大,集成线路所具备的优势无法系统的发挥。
3 主要研究内容及现状
3.1 电力电子集成模块的电路技术和磁技术
集成模块是电力电子集成模块研究的主要内容,作为一种主电路其具有一定的通用性能,其中还具有驱动电路、控制电路等原件,具有较高的技术性。在选择研究目标以及性能提高上具有显著的作用,使用的工程中能耗会被进一步降低,该技术方案可靠性较强。在研究主电路的过程中可以使用直流/交流变换电力开关等器件,保障有效的使用电子集成模块。
3.2 新型电力电子器件
在研究新型电力电子器件的时候,SiC器件和Si器件是研究的主要对象,主要研究改进工艺,我们主要致力于研究怎样有效地降低器件的损耗,保障发热水平,开发模块的散热装置。
3.3 电力电子集成模块的封装技术
混合集成是国内在电力电子集成方面的主要方式,所要要重点的研究电力电子集成模块的封装技术。当前铝丝键合技术是集成上使用的主要技术,不仅更便于使用,而且投入的成本较低;但是也具有一定的缺点:
(1)没有较大的键和点面积、传递热速度较慢;热点比较集中,容易出现芯片局部过热的情况,破坏芯片。
(2)电流不易扩散容易在局部集中,在开关等绝缘处较易出现过电情况。
(3)铝丝之间的电流分布不均匀,出现的电流会集中在局部。
所以在对键和技术进行研究的同时,可能会有很多问题,因此我们主要对多芯片模块技术进行研究。对其进行研究,不仅要借鉴加工以及组装集成电路的方法,同时在安装的时候还需要集中不同的裸片,开展多层的互联工作,保障制作的模块具有完整的功能。
3.4 电力电子集成模块的计算机仿真、辅助设计理论和方法
IPEM具有较高的集成度,同时工艺以及结构相对复杂,其设计的领域以及技术问题比较多如:电路、控制、材料、传热等,必须在计算机仿真以及辅助设计工作,但是现在开发出的软件不能胜任这项工作,要集中电磁场、传热、电路等多种仿真和辅助设计工具有效的结合才能实现目的,这给仿真和辅助设计工具的开发提出的更高的要求。
4 电力电子集成技术的发展趋势
如今,新型半导体材料的改善以及加工工艺的提升,未来单片集成的方向和发展趋势必然为大功率,这有利于适用范围的扩大和推广使用。混合集成的集成程度以及技术上的发展优势比较突出,所以,未来电力电子集成技术而言,市场前景比较大。深入的研究电力电子集成模块的磁技术和电路技术并对其加以改善,有效的提升电路的性能,降低损耗。今后,电力电子集成技术的发展方向为功率原件、电路元件等效应集成上发展。保障高度集成元件内部,让生产成本更低,满足自动化生产的需要。
5 结束语
随着电力电子技术的产生和发展我们利用电能的方式发生了很大的改变。同时人们使用电能的观念也由于电力电子技术的发展而有所改变。但是就电力电子技术的实际发展情况来看,存在的主要问题为电力电子装置的应用范围有限。对集成技术的现状进行研究,分析电力电子集成技术未来的发展趋势,和实际的科学技术有效的集合在一起,采用最优的集成形式,有效的推进实用化、产业化集成技术的发展。
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作者简介
潘元忠(1963-)男,壮族,广西壮族自治区上林县人。大学本科学历。现供职于广西水利电力职业技术学院,主要研究方向为电工基础、电子技术。
西安交通大学电子商务研究所与《电子商务》合作,发表主题为“部分行业电子商务应用研究”连载文章,同时选取中小企业、电力行业、网络广告、电信业、银行业、证券业、网络游戏等领域,进行电子商务的应用分析研究,根据行业电子商务应用现状,进行分析和评价。我们希望,通过对这些行业提出电子商务应用的对策与建议,起到促进企业信息化发展的作用。
继2002年我国电力行业启动市场化改革之后,作为电力行业主导者的国家电力公司在“十五”规划中提出:依靠科技进步,搞好电力信息化,推进电力企业现代化进程,从而拉开了电力信息化的帷幕,电力行业的电子商务应用渐显端倪。
我国电力行业电子商务应用状况
电子商务是指市场主体运用现代电子手段和互联网络等从事的商务活动。破解电力垄断格局之后形成的分权体系下,电力商品从生产到消费,需要涉及到五类主体:电力原料及设备供应伙伴、发电企业、输配电企业、供电企业和电力用户。据此,电力行业的电子商务应用主要表现为以下四类:
1. 电力企业内部的电子商务应用。最明显的表现是电力企业信息化建设。发电企业、输配电企业、供电企业作为独立的电力企业,要适应网络经济的需要,迟早都要走上信息化之路。电力企业信息化建设以ERP、OA等管理信息系统的使用为主,小到企业邮件服务器的配置,大到企业财务、人力等资源的整合,实现基于企业基本数据库的生产流程控制、办公自动化、科学高效管理和企业自身资源的协调运作。发电企业资源管理系统(ERP)/ 生产管理系统(MIS)、供电企业生产管理系统(MIS)/ 办公自动化系统(OA)等在电力企业中逐渐占据重要地位。从1994年开始,国内电力企业就开始尝试ERP.国华电力前总经理顾峻源参观香港中华电力时,震惊于香港中华电力管理系统的一只“哭泣的小猫”,于是在2003年春组织了包括承担管理咨询及系统实施的毕博公司、担任项目监理的德勤公司、专注财务软件实施的大唐兴竹软件公司,以及专注进行电力软件开发集成的博奇公司在内的强势力量,开始上马ERP项目,使得集团层面能够对资金进行统一调度,通过对财务、人力资源信息的实时掌握,对企业的资金运作、人力资源变化的决策提供详实准确的信息,企业每年降低发电成本5%.
2. 电力企业之间的电子商务应用。发、输、配、供形成了电力产业链条,而各自又是独立的市场主体,因此链条内的上下游企业之间也存在着电子商务的应用。发电企业通过竞价实现电力上网,需要有网络竞争价系统的支持;输、配、供过程中要进行有效的电力调度、远程监控读表、故障定位等,GIS(地理信息系统)大有用武之地。江西县级自动化电力调度系统选用浪潮英信NC1000硬件平台形成一个覆盖范围广、管理复杂的网络,能实时有效地捕捉到各地的用电信息,然后自动地通过发电机组和继电器调控系统,实现电能在各个子网的均衡。北京供电公司的远程自动抄表系统实现了电能计量的实时遥测,实现了2500位大客户的远程电量采集,并实现了35千伏以上的电力客户、10千伏或630千伏安以上容量电力客户的自动计算电费,提高了工作效率,把大批抄表劳务人员解放了出来。
3. 面向外部伙伴的电子商务应用。电力企业的运营离不开相应的供应伙伴,发电、输电、配电设备采购需要供应商,尤其是发电企业需要电煤等原料供应,这些都可以利用电子采购来实现。浏览各大电力企业的网站,不难发现项目招标信息占据了很大的比例。各独立企业之间资金结算离不开金融机构,需要利用电子转账系统。
4. 面向用电客户的电子商务应用。虽然电力行业长期垄断、电力供不应求使得电力拥有“皇帝女儿不愁嫁”之优势,但市场化改革分拆了电力产业,电力也以商品的身份走进了市场,这使得电力营销成为关系到电力企业命运的工作,电力客户服务也日渐提上日程。随着市场化的深入和社会信息化程度的提高,用电客户需要通过市场购买电力商品,获取信息、竞价购买、电费缴纳越来越依赖于网络来实现。近期伴随着电力危机的频繁出现而不断升温的需求侧管理,更加突显了电力资讯网、电力市场(EM)、电力客户关系管理的重要性和有效性。
电力行业电子商务应用存在的问题分析
实践表明,我国电力行业的电子商务应用已经起步,但仍然存在着一些问题。
1. 零打碎敲,缺乏全面规划。电子商务是一项系统工程,企业开展电子商务需要有全面长远的战略规划作前提,否则将难以为继。目前我国的企业在打算应用电子商务时,要么对高额固定投入的要求望而止步,要么病急乱投医匆匆上马,这导致电子商务的应用收效甚微甚至全面告败,人们开始怀疑电子商务的先进性和必要性。电力企业也有如此经历,在国家政策导向和国家电力公司的要求下,纷纷触网,不管结果如何,先上一点再说,一方面赶上了信息化的潮流,另一方面能算得上在位者的一大政绩。安装一个财务软件,建成一个公司网站,就叫应用电子商务了。这样零打碎敲,没有战略规划,遇到问题再修修补补,无法发挥电子商务的优势,而更多的就表现为外界所看到的“烧钱”。
2. 各自上阵,不能整体协调。电力行业长期的高度垂直一体化和垄断造成了企业机制不灵活、电价偏高等弊病,电力市场化改革要求以全新的电力运作模式面对市场竞争。业界纷纷擎起分权大旗,独立行事,各行其是,尽量减少上下游之间的联系,惟恐有“垄断复兴”之嫌。然而电子商务强调战略协同,单兵作战是无法体现 “团队生产”优势和发挥“网络效应”的。
3. 偏重硬件,观念不够深入。电力企业开展电子商务应用,也需要基本的硬件、软件的投入。但单靠这样的硬投入远远达不到预期效果,信息化建设只是电子商务的基础和物质准备,电子商务则更强调“商务”,强调“理念”。众多电力企业着手开展电子商务,基本上完全依赖技术部门,而在经济规律的把握、投入产出分析、市场交易与竞争、客户需求导向意识等方面做得很不够。信息化的外壳完备起来了,但电子商务理念不能深入,依然无法体现优势。电力电子商务不是简单的将信息技术嫁接到传统的电力行业,而是全面的、彻底的、深入的电力企业革新,从管理体制、管理层级到电力交易、客户服务,都要渗透全新的电子商务理念。
4. 注重技术,轻视商务环节。电力行业电子商务应用中,明显偏重于技术,从各类技术人才在企业中的地位、技术方面的投资力度就能看出,而竞争意识、营销观念、市场交易、客户需求等往往被长期处于国有体制、多为技术出身的电力企业领导所忽视,因此当前电力行业电子商务应用,远远没有达到真正的电子商务应用的要求。
5. 偏爱实践,理论指导不足。电子商务要求理论与实践相结合,电力行业电子商务应用目前只是处于摸索阶段,而电力产业运行规律、行业电子商务的应用理论和应用模式探讨研究严重滞后,跟不上实践的需要,使得电力行业电子商务应用处于盲目、无序状态,缺乏理论指导,效果自然大打折扣。
依托电子商务缔造电力航母
通过对电力行业运营的考察、对电子商务运行规律的研究和对电力行业电子商务应用状况的分析,我们不难看出:电力行业拥有明晰的产业链条,比一般的传统产业更适合于开展电子商务应用;信息化建设只是实施电子商务应用的物质基础和思想准备;电力行业的电子商务应用需要全面规划,整体协同,利用先进理念深入彻底地改造电力运行机制,促进电力市场化改革;我们要加强电力行业电子商务应用理论研究,探寻电力行业电子商务运行规律,发现、总结出切实可行的电力行业电子商务应用模式。
为此,我们要依托电子商务,充分整合资源,缔造电力航母,促进电力行业电子商务应用的良性、高效发展。首先,深刻理解电子商务的本质含义,把握电子商务行业应用的规律。电子商务是一种全新的管理理念,是先进生产力,贯穿于企业运营全过程。正如IBM倡导“随需应变”(On Demand)电子商务一样,要对客户和市场一切的变动更敏感和更灵活地做出有效响应;采用可变的成本结构来提高投资效率和财务结果的可预测性;让战略合作伙伴承担周边次要任务,而自身专注于提升核心竞争力;提供一个灵活而可靠的信息运作环境,企业既能对新的问题和变化进行调整,还能提供高度的安全性和隐私性。行业电子商务应用需要将电子商务理念融入各个操作环节,整合全行业资源,形成整体优势,提升产业链条核心竞争力。
1.1数字信号处理技术不够成熟
数字电子技术赋予信号“数字”的价值,利用这一特征表象计算信息数据,发送信号指令,以实现快速处理、高速传输。但是目前我国的数字信号处理技术还存在一些瓶颈,具体表现在传输速率低,业界所使用传输信道都是有限带宽,为了提高数据传输,只有将误码率限定在某阈限之内。但是这样一来造成的负面效应是实际信号强度与噪声强度会对传输整体有影响。因此,如何在提高传输速率的同时又能保证信号不扰是当前数字信号处理领域要解决的首要问题。
1.2产业结构不合理
近年来,国电子信息发展已经形成一定规模,但是主要以加工为主,缺乏创新。一方面是因为我国电子信息行业起步较晚,另一方面是因为我国电子信息技术方面相应的法律法规还不够完善,科研成果,专利产品得不到保护,导致科研工作者研发缺乏足够的信心和创新的动力。与此同时,我国信息产业没有形成规模效益,信息产品或服务仍以劳动密集型为主,出口产品附加价值低,许多核心技术仍然掌握在发达国家手里。要改变这一现状不仅要靠国家的政策扶持,充分发挥政策的导向作用,对新兴的科技公司给予政策鼓励,加快提升电子电器行业生产工艺和装备水平,带动传统产业升级改造。还要靠大批优秀人才的努力,而高端技术人才的缺乏也正是制约我国电子信息行业快速发展的瓶颈,因此,只有更多的掌握核心技术和关键领域技术的复合型人才贡献力量,才能突破发达国家的技术封锁。
2电子技术应用前景
2.1电气节能领域
节能减排是经济社会发展的必然趋势,电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段,近几年的发展,高压变频调速技术已经日趋成熟,变频调速控制,既能节约能源,又具有保护功能,如过流、过压、过载保护等等,能减少电流对电网的冲击。应用在生产生活的各个领域。如变频技术在机床设备上的应用,使得数控机床与以往方式-油压电机相比,不仅提高了工件的研磨精度,降低工件的表面粗糙度,而且不需要油压保养,从而提高产品质量和生产效率。变频技术在电梯上的应用使得交流感应电动机在高速运行时电力传动效率高从而节省电能,并且使电梯轿厢结构紧凑,重量减轻。与此同时,新能源发电也是电气节能的一大亮点,电主要包括太阳能、风能、生物质能发电等,这也成为电力电子技术的主要应用领域。以光伏发电系统为例,除了光伏阵列之外,系统所包含的发电机侧PWM变换器、系统控制器、变桨控制器等多个电力电子变换环节都与电力电子应用技术密切相关。电子电力应用技术提高了发电容量,电能波动小,电能质量高,从而提高整个电网运行的可靠性。
2.2智能化电子技术领域
当前,电力电子技术已进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。大到最近提出的智能电网概念,即在电力电子技术方面能实现新型储能、灵活输电,并且承载大规模可再生能源并网发电,最终实现电网高效、稳定、安全运行。小到智能化的创新产品,从一开始的智能手机,平板电脑到如今风头正劲的智能家居,可穿戴设备,智能电子产品的发展如火如荼,智能单品、智能套件不断吸引企业和民众视角。“互联网+”的概念不仅在互联网行业内受到瞩目,更是得到了跨界合作的欢迎,智能化的挑战越来越大,要求企业形成垂直或者横向的全方位的产业链结构。随着人们生活水平的不断提高,智能家电等一系列电子产品将会有越来越好的市场前景,智能互联才是消费电子产品发展趋势。而作为核心技术,智能化电子也必将成为令人瞩目的一大领域。
3结语
关键词:电力电子技术 照明 应用
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)06(c)-0040-01
社会经济的不断发展使得人们的物质生活得到了很大的改善,照明用电在电力消费中的比例也逐渐增加。因此提倡绿色照明,节约照明电能,提高照明效率,注重照明质量,就成为了一个很重要的问题。目前,电力电子技术广泛用于人们生活中的各个方面,我国也把电力电子技术的发展列为国民经济可持续发展的一大重要战略。照明行业是电力电子技术大显身手的一个阵地,本文将简略介绍电力电子技术在照明领域的一些应用。
1 照明节能
1.1 推广使用各种节能灯
随着环保节能要求的提出,传统的白炽灯逐步被新型的节能灯及各种气体放电灯取代。由于气体放电灯的负阻放电特性,它必须与镇流器配套使用才能使灯管正常工作。过去我们使用的普通高耗能电感镇流器,存在散热困难,效率低,频闪等问题,现在采用电子镇流器可以很好的解决。高频电子镇流器主要由高频变流电路和负载谐振电路组成,整流电路将工频交流电变为脉动直流电,再通过高频逆变电路将直流电逆变为高频交流电,然后通过负载谐振电路向电灯供电。电子镇流器具有能耗低,发光效率高等优点,可以有效的节省电能,在我国照明电路中广泛使用。
1.2 使用太阳能照明
太阳能作为一种清结能源,其储量无限,它在照明领域存在巨的大应用潜力。太阳能在照明中主要有两大方面应用,一是将太阳能组件与建筑结构融为一体,将屋顶,墙面等大面积建筑表面铺设太阳能电池采光板,从而对建筑内部包括照明进行供电。二是简单的太阳能供电照明系统,像一些太阳能路灯,庭院灯等。其基本原理是白天将太阳能转化为电能,同时将这电能贮存到蓄电池,到照明系统需要工作时,再通过工作电路将蓄电池的直流电变换为交流电来为电灯供电。目前我国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降,这对太阳能在照明中的应用提供了有利条件。
1.3 开发功率LED光源
发光二极管自20世纪60年代诞生以来,就深受各方青睐,其应用涉及很多领域,但由于其发光效率低,亮度低,发光颜色品种少,那时未能应用于照明。随着LED技术的研制取得重大突破,上述问题得到了很大的改善,并且其有着使用寿命长,能耗低等优点,因此LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势。然而要想使LED光源能够可靠,安全,长寿命运行,与之匹配的高质量的驱动电源必不可少,这就需要各种电力电子技术的综合应用。随着国内厂家技术和生产成本的降低,LED照明叫好而不叫座的局面行将改变。
2 智能照明
随着人们物质文化和精神生活水平迅速的提高,智能化已经成为当今发展的主流技术,由于各种原因,大多数仍然沿用传统的控制方式,部分智能大厦采用楼宇自控系统来监控,但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。与传统照明相比,智能照明可达到安全、节能、舒适、高效的目的,因此智能照明有着较好的发展前景。智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术,能对大多数灯具进行智能调光。除此之外,智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式,通过智能化管理实现节能。目前,中国智能照明市场并未成熟,智能照明的应用领域还主要集中在商务领域和公共设施领域,随着国内智能照明研发生产技术的发展和产品推广力度的加大,智能照明一定会在将来的照明领域中大放光彩。
3 提高质量
用来照明的交流电一般都是50 Hz,工作频率较低,这也就容易导致电灯在使用的过程中出现周期性的闪烁,长时间在这样环境下进行办公,会对人们的眼睛带来一定程度的伤害。随着技术的发展,主要是通过电力电子元件来组成变频器,把工频交流电变频到高频交流电,这样频闪现象会消除,从而提高照明的质量。
4 电子电子技术在照明电路中存在的问题
4.1 谐波问题
目前应用在照明领域的电力电子技术主要就是电子镇流器,其最大的问题就是其自身含有的谐波成分相对较大,这对电网会产生严重的影响与污染。如果大量的电子镇流器同时进行工作,就会出现短路或者是跳闸的现象,严重的会导致电子镇流器发生损害,甚至会引发电网火灾,因此必须严格控制谐波含量。解决方法一般有二种:一种是设计合适的校正补偿装置,使谐波成分下降,将功率因数提高;另一种是开发有源电力滤波器,该滤波器采用PWM技术,能够有效地降低谐波成分。前者成本较低,比较实用;后者滤波效果非常明显,已被广泛应用于高度发达的国家中,不过其具有成本高、结构复杂的缺点,我国当前的经济和技术发展水平,难以对有源电力滤波器进行有效的利用与推广。
4.2 高频损耗问题
电子镇流器和电子变压器采用高频设计,逆变电路中的开关频率达到50 kHz 左右。这就要考虑到开关过程中的损耗以及电磁干扰问题,这正是软开关技术的用武之地。软开关技术是电力电子技术中新发展的技术。通过开关开通前电压先降为零,或闭合前电流先降为零,可以解决开关过程中电压、电流的重叠问题,减低其变化率。从而减小开关损耗以及开关噪声。而且软开关技术可以控制开关运行轨迹,从而降低电磁干扰,提升电路功率转换的效率。
5 展望
随着科学技术的进步,各种各样的技术综合用于照明领域方面,未来的照明正向着节能,智能,高效,环保,舒适,安全的方向发展。太阳能与建筑照明一体化,大功率LED光源,以及通过采用电力电子技术,控制技术,通信技术等各种技术来实现在照明领域的智能等等都是未来发展热点。
6 结语
绿色照明事业是我们共同的事业,保护地球环境是我们每个人的义务,愿我们共同为促进我国绿色照明事业的发展做出努力。
参考文献
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