[精品可研]基于最大功率点跟踪(MPPT)算法的太阳能变频器研发项目可行性研究报告

基于最大功率点跟踪（ MPPT 算法的太阳能变频器研发项目可行性研究报告（此文档为 word 格式 , 下载后您可任意修改编辑）目 录1 项目实施的背景和意义 231.1 项目所面向的经济、社会和科技发展等有效需求 . 231.2 项目的先进性、重要性、必要性、可行性以及在行业发展中的地位和作用 . 241.3 经济和社会效益 . 272 技术发展趋势及国内外发展现状 282.1 技术发展趋势 . 282.2 国内外发展现状 . 302. 某某市场需求 . 313 项目主要研究内容 323.1 项目涉及的技术领域 . 323.2 拟解决的关键技术问题 . 343.3 项目立项的功能列表 . 353.4 主要技术创新点 . 383.5 项目涉及的知识产权 . 384 项目预期目标 384.1 预期成果 . 394.2 预期技术指标 . 394.3 预期社会经济指标 . 405 项目实施方案 415.1 项目开始阶段 415.2 确认需求阶段 415.3 项目设计阶段 425.4 验收测试阶段 435.5 研发项目及产业化经费使用预算 435.6 研发资金的筹集与投入 446 项目计划进度 447 现有工作基础和条件 457.1 申请单位在相关技术领域的已有研发基础、主要研究成果 . 457.2 研发工作基础和条件 467.3 项目技术优势 477.4 项目研发资金投入预算 487.5 与其它企业、科研院所、大专院校的合作情况 488 研发团队 498.1 研发团队构成 . 498.2 项目核心研发人员情况 . 499 风险分析及对策 509. 某某市场风险 . 509.2 原料风险 511 项目实施的背景和意义1.1 项目所面向的经济、社会和科技发展等有效需求新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于 70 年代，真正快速发展是在 80 年代。在 1983 年至 1987 年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从 1984 年以前的年产 200 千瓦跃到 1988 年的 4.5 兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远某某县、某某某村、无电岛屿等边偏僻无电地区，年销售约 1.1 兆瓦，成效显著。本项目是公司经过多年对太阳能光伏领域的探索和研究， 而设计的一套适合在太阳能光伏领域使用，基于高效节能无感矢量变频技术的变频器。高效节能无感矢量变频技术是一种高技术含量、 高附加值的高科技产品技术。 变频器最初的使用并不是为了节能，而是交流传动代替直流传动，并满足过程化控制的要求。随着自动化、电力电子等技术的发展，变频器作为电机调速节能关键设备，改变了普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式， 使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗，提高运行效率，达到节能降耗的目的。目前，一般变频器的节电率在 20-30左右，最高甚至可超过 50，而高效节能无感矢量变频技术则是根据当前最新的变频节能技术，配合先进的低功耗元器件，节电率最高可达 80。 使用高效节能无感矢量变频技术的变频器节能效果与应用环境的工况参数十分相关。电动机运行工况的参数设置是否合理、所带负载的变化特性，以及设备最初的调节、调速方式均可以直接影响变频器的节电效果。随着变频技术的高速发展与产品功能的拓展，高效节能无感矢量变频技术在冶金、石化、水泥、电梯、印刷、电力等现代化产业以及医学、 通讯、 交通、 运输、 电子、 环保等领域得到空前的发展和应用，几乎国民经济各行各业都与高效节能无感矢量变频技术密不可分。我国是能耗大国，能源利用率较低，而能源储备相对不足。多年来国家大力提倡节约能源、保护环境，并重点支持发展变频调速技术。截止 2013 年年底我国电动机总装机容量约 12 亿 KW ，其中约 90为交流电机，即 10.8 亿 KW ，按照 720 元 /KW 价格估计，即使在不考虑新增电动机的情况下，我国已达到 1100 亿某某市场规模，发展空间十分广阔。但配置变频器的电机不到 10。当前我国中低压变某某市场的整体规模在300 亿元在右，国外品牌产品占某某市场份额的的 70左右，国产品某某市场份额仅占30，虽然国产品某某市场份额在快速扩大，但大某某市场仍被十余个欧美品牌和日本品牌所占据。我国中低压变某某市场在过去 10 年内保持着 26. 8的高速增长。据机电某某市场杂志社调查报告的数字分析， 我国变频某某市场潜力为 1200 亿 1800 亿元。 我国本土变频器企业大部分以 V/F 控制（保证输出电压跟频率成正比）产品为主，对于性能优越、技术含量高的高效节能无感矢量变频技术产品，绝大多数内资企业还没有开发出成熟的产品。因此，为响应国家节能减排，自主创新的号召，本项目特别针对工控电机调速技术领域存在的精确控制机械传动和变速运行而研发的一种高效节能无感矢量变频技术， 该技术产品能通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制， 实现了对电机转速的快速响应和准确控制，可以高精度、宽范围的调整电动机的运行频率及实现电动机的转矩控制。控制工控电机的启动电流， 降低电力线路电压波动， 使得电机在启动时需要的功率更低，节能降耗。可有效的提高劳动生产率、提高设备自动化程度、节约能源、降低生产成本 ,广泛应用于数控机床、电线电缆、塑胶化工、印刷包装、冶金化工、纺织化纤、建筑建材、煤矿采某某市政暖通、汽车装配等行业产品上，配套多种大中小型功率的调速机械进行驱动控制和节能控制。1.2 项目的先进性、重要性、必要性、可行性以及在行业发展中的地位和作用政策方面，根据国家科技部和外经贸部确定的中国高新技术产品统计目录，高新技术产品包括计算机与通讯技术、生命科学技术、电子技术、计算机集成制造技术、航空航天技术、光电技术、生物技术、材料技术等产品。变频器属于国家的重点高新技术产品，并且包括在国家“ 863” 计划 7 大领域之中。国家“十二五”规划明确指出，大力发展高效节能、先进环保和资源循环利用的新装备和产品；完善约束和激励机制，创新服务模式，优化能源管理、大力推选清洁生产和低碳技术、鼓励绿色消费，加快形成支柱产业，提高资源利用率，促进资源节约型和环境友好型社会建设。电能是最重要、最昂贵的能源形式之一，节约用电、提高能源效率是国家节能工作的重点内容。多年来，国家发改委一直会同国家有关部门致力于变频调速技术的开发及推广应用，在技术开发、技术改造方面给予了重点扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，同时鼓励有关单位抓开发、抓示范工程、抓推广应用。 1998 年 1 月 1 日实施的 中华人民共和国节约能源法 第 39 条， 已将变频调速列入通用节能技术加以推广。在国家经贸委“九五”资源节约综合利用工作纲要中，变频调速也被列入重点组织实施的 10 项资源节约综合利用技术改造示范工程之一。国家发改委启动的十大重点节能工程之一就是电机系统节能，并要求推广变频调速节能技术，风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施，工业机械采用交流电动机变频调速技术；制定相关经济激励政策、完善电机能效标准体系等配套措施；“十一五”期间，实现电机系统运行效率提高 2 个百分点，形成年节电能力 200 亿千瓦时。为推动全社会展开节能降耗，缓解能源瓶颈的制约，建设节能型社会，国家发改委制定了节能中长期专项规划 ， 并在 2004 年 11 月 25 日向全社会发布。 该 “规划” 明确指出 能源是战略资源，是全面建设小康社会的重要物质基础，必须坚持节约优先。在中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要中，中共中央更是明确提出，要“坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点。深入贯彻节约资源和保护环境基本国策，节约能源，降低温室气体排放强度，发展循环经济，推广低碳技术，积极应对全球气候变化，促进经济社会发展与人口资源环境相协调，走可持续发展之路。”“健全节能减排激励约束机制。优化能源结构，合理控制能源消费总量，完善资源性产品价格形成机制和资源环境税费制度，健全节能减排法律法规和标准，强化节能减排目标责任考核，把资源节约和环境保护贯穿于生产、流通、消费、建设各领域各环节，提升可持续发展能力。” “大力发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业。节能环保产业重点发展高效节能、先进环保、资源循环利用关键技术装备、产品和服务。”李克强总理在 2014 年政府工作报告中指出，“推进节能减排和污染防治，能源消耗强度下降 3.7％，二氧化硫、化学需氧量排放量分别下降 3.5％、 2.9％。” “推动能源生产和消费方式变革。加大节能减排力度，控制能源消费总量，今年能源消耗强度要降低 3.9％以上， 二氧化硫、 化学需氧量排放量都要减少 2％。 要提高非化石能源发电比重， 发展智能电网和分布式能源， 鼓励发展风能、 太阳能， 开工一批水电、 核电项目。加强天然气、煤层气、页岩气勘探开采与应用。推进资源性产品价格改革，建立健全居民用水、用气阶梯价格制度。实施建筑能效提升、节能产品惠民工程，发展清洁生产、绿色低碳技术和循环经济，提高应对气候变化能力。强化节水、节材和资源综合利用。加快开发应用节能环保技术和产品，把节能环保产业打造成生机勃勃的朝阳产业。”某某市场方面，目前某某市场上的变频器厂家有 300 多家，然而实力和规模却参差不齐，某某市场竞争的加剧，许多品牌将被逐步淘汰出局，未来的变某某市场将是一个品牌集中度较高、竞争更有某某市场，主要的品牌将维持在 30 家左右。在我国中低压变频器某某市场外资品牌仍占主导地位，以 ABB 、西门子，安川为代表，其业务主要集中在钢铁、水泥、起重和电梯等行业，这三家公司在 2010 年的增长速度比起处在某某市场即指常规的机械应用以及较为高端的风机泵类应用领域的台达、 三菱等 50以上的增长率来说相对较低，在 17左右，因此在 2013 某某市场份额略有下降， ABB 相比去年下降了 1.6，西门子下降了 1.2，安川下降了 0.7，值得注意的是台达， 2013 年增长了 39.7 某某市场份额已与安川相当。 而国内大部分本土企业受成立时间不长， 许多新产品某某市场时间较短等因素影响， 在产品成熟度和品牌知名度上还无法与国外大企业相抗衡，但经过数年的磨砺，也显现出了一些比较突出的本土企业，其凭借成本及服务优势以及对客户个性化需求的快速反应的优势在低压变频器领域已脱颖而出。 开始逐渐占据低端领导者的地位，并且向中端进军，如英威腾、森兰、乐星产电和汇川较去年分别增长了 58.6， 58， 61.7和 59。此外， 无论是西门子还是 ABB ， 这些擅长高端某某市场的供应商， 都在加强其 OEM类的业务，而处在低端某某市场的供应商，譬如本土的厂商，也都把进入 OEM 领域，作为提升公司定位，跳脱出某某市场激烈价格竞争的战略方向。行业方面，我国某某市场供需基本平衡，稍有过剩，目前以产业调整为要务， 2013年增长率约为 12.5；火电和某某市场增长较为稳定，受日本核泄漏事件影响， 2013 年有较明显增长；风电和太阳能行业， 2013 下半年电力行业增速放缓，增速在 8左右；目前，油气行业自某某市场仍保持平稳较快增长趋势， 2013 下半年的整体增长率约为15；轨道交通行业增长较快，行业增长超过 15，增长动力主要某某市轨道交通和高铁的快速发展；某某市场自动化需求在 2013 年上半年有较快增长，但受国家投资限制，在第三季度增长出现了停滞； 受国家某某镇污水处理设施投资的要求以及某某市污水处理率的要求的带动作用， 目前我某某市供水行业增长率维持在 13左右； 我国采矿机械行业年增长率约为 9，其增长动力主要来自于生产的节能增效和提高自动化水平以减少井下人工作业量；国内的造纸行业目前自动化水平较低，属于高污染行业，且能耗较高，存在某某市场改造空间，年增长率约为 10；目前，国家对新增水泥生产线的建设开始加强审批力度，行业增长逐渐开始放缓，增长率约在 10以下； 2013 年，我国石化产业发展良某某市场增长率将近 15；未来几个月，化工行业不会有大的增长浮动，行业增长率将维持在 11左右； 2013 年整个某某市场增长率约 14-15，某某市场需求增长较快，某些机型如细纱机长车，络筒机、喷气织机的增长量高于平均速度；中国作为继美国和日本的第三大包装国家，开发快速、低能耗、低成本的包装设备成为未来的发展趋势， 现有包装机械设备生产的公司对未来产品更新或增加生产线的比例将继续上升，尤其是是食品、饮料及制药业的需求最为强烈，预计未来几年，工业品包装和食品包装行业均增长良好，年增速约为 16.5；在印刷行业中，国内企业受国外高端品牌冲击较大， 发展平较为淡， 但某些新型机型如喷墨制版等自动化产品需求较高； 2013 年橡胶机械行业增速约为 13， 行业增长较为平缓， 但自动化产品应用仍以模仿国外应用为主； 2013 年陶瓷行业将不再延续膨胀式发展趋势， 进入相对平稳发展阶段， 整体增长率在 17左右； 医疗器械作为新兴行业在我国呈现出强劲的生命力， 未来几年该行业将会保持平稳快速的发展趋势； 2013 年我国起重行业增长约为 13.9；电子制造行业 2013年增长速度约为 12，发展较为稳定；未来五年我国将扎实向机床强国迈进，产业结构明显改善提高，预计机床行业将比较平稳的发展，增长率将超过 15；主要受国家对公共设施领域投资力度的加大影响，未来我国公共设施行业增长较快，增长率约为 15。1.3 经济和社会效益通过以上分析，受冶金、火电、水电、电力、电子、化工、医疗、机械制造、建材等行业较为快速和平稳增长的带动作用，未来几年内，我国变某某市场仍存在着广阔的上升空间，其巨大的发展空间仍然在于其工艺控制。此外，近几年政府对节能减排的重视，我国十二五规划“低碳环保、节能减排”的助推作用，使得节能需求增长较快，而作为节能利器的高性能节能矢量变频器近年来备受推崇。在国家 “ 十二五 ” 发展规划中，到 2015 年，新能源占能源消费总量的比例提高到 4.5，减少二氧化碳年排放量 4 亿吨以上。明确指出大量发展太阳能。未来几年性能节能矢量变频器的增速将超过一般的低压变频器某某市场主要集中在电力、纺织、印染、医药、冶金、石化和建材等行业上；对于高性能节能矢量变频器， 产业升级改造以及新兴产业崛起将成为高性能节能矢量变频器增长的动力。与此同时，不断增长和变某某市场需求也必将推动高性能节能矢量变频器新技术和新产品的出现，因此，本项目的研究，对于我国工业控制自动化技术的发展，以及我国中低压变频器行业的发展，我国的节能减排及资源节约型社会的创建，有极为重大的经济效益和社会效益，具备先进性、重要性和必要性，且在技术方面具备可行性。本项目产品，对于野外的远程控制动力系统，特别是沙漠干旱地区的太阳能光伏发电系统和远程灌溉系统、太阳能野外自动供水系统的实现和实施，具有重要的社会意义。2 技术发展趋势及国内外发展现状2.1 技术发展趋势高效节能无感矢量变频技术是工业自动化领域运动控制系统中的核心调速控制技术，其运动控制技术是作为机电能量变换器的电气传动技术而发展的。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。变频技术的发展趋势经历大约三十年的研发与应用实践， 随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。从技术上看在以下几个方面会进一步得到发展（ 1）主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化，开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。低压小容量变频器普遍采用的功率开关器件是功率MOSFET、 IG－ BT（绝缘栅双极度晶体管）和 IPM（智能功率模块）。中压大容量变频器采用有 GTO（门极可关断晶闸管）、 IGCT（集成门极换流晶闸管）、 SGCT（对称门极换流晶闸管）、 IEGT（注入增强栅晶体管）和高压 IGBT。（ 2） 变频器主电路的拓扑结构方面 变频器的网侧变流器对低压小容量的常采用 6脉冲变流器，而对中压大容量的采用多重化 12 脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低