通用電能質(zhì)量控制設(shè)備行業(yè)發(fā)展基本情況

通用電能質(zhì)量控制設(shè)備行業(yè)發(fā)展基本情況電力電子行業(yè)發(fā)展前景隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程的加速推進(jìn)及中國(guó)制造2025戰(zhàn)略的實(shí)施，工業(yè)企業(yè)逐步向智能制造轉(zhuǎn)型。在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識(shí)，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢(shì)。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來(lái)大發(fā)展。電力電子智能化的進(jìn)展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項(xiàng)革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對(duì)象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。電力電子行業(yè)上下游關(guān)系上游行業(yè)為電子件電氣件結(jié)構(gòu)件等原材料供應(yīng)行業(yè)，下游行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，包括光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、軌道交通、科研試驗(yàn)、電力配網(wǎng)、特種裝備等諸多行業(yè)。新能源產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)、電力事業(yè)的發(fā)展、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)及設(shè)備電氣化程度的提升及節(jié)能減排政策的大力推廣為行業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)造了廣闊的產(chǎn)業(yè)空間和市場(chǎng)機(jī)遇。電力電子行業(yè)概況電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)采用功率半導(dǎo)體器件、電磁/電容等功率元件，運(yùn)用電氣、控制、電子信息等理論和技術(shù)，將一次能源電能高效率、高質(zhì)量、高可靠性地變換成交流、直流、脈沖等電能形式，實(shí)現(xiàn)電能時(shí)空變換（時(shí)間分布：恒定、交變、脈沖；空間分布：集中、分散、網(wǎng)絡(luò)化），是光伏儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、軌道交通、科研試驗(yàn)、電力配網(wǎng)、特種裝備等領(lǐng)域的關(guān)鍵支撐技術(shù)，無(wú)論對(duì)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)還是發(fā)展高新技術(shù)，均有不可或缺的重要作用。電力電子技術(shù)和產(chǎn)品是電力能源領(lǐng)域的關(guān)鍵器件和核心支撐，電力能源領(lǐng)域是目前綠色減碳技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，承載著率先實(shí)現(xiàn)碳中和與零排放的任務(wù)和期望。根據(jù)中國(guó)電源行業(yè)年鑒，我國(guó)電力能源的消耗占總能源消耗近55%，其中約70%的電能是通過(guò)電力電子設(shè)備處理后使用的，據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)這一比例將增至90%以上。近年來(lái)，我國(guó)電力電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，支撐的電源產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)規(guī)模位居全球第一，年直接產(chǎn)值超過(guò)3，300億元、間接產(chǎn)值超過(guò)1．2萬(wàn)億元。電力電子行業(yè)發(fā)展情況和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)提高電力電子設(shè)備的開(kāi)關(guān)頻率，可以有效地減小設(shè)備的體積和重量。另外，可以采用高頻隔離，去掉笨重的工頻隔離變壓器，從而進(jìn)一步減小設(shè)備的體積和重量，并且消除變壓器和電感的噪聲，同時(shí)改善設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。尤其是第三代功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用，為高頻化提供了器件基礎(chǔ)。與硅基材料相比，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料的耐高壓、耐高溫、高頻和高熱導(dǎo)率性能更好。極大地提高了MOSFET、IGBT等功率器件的工作頻率以及耐壓容量、耐高溫性能，可以極大提高設(shè)備的功率密度和綜合性能。模塊化技術(shù)是電力電子設(shè)備的重要發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)采用多個(gè)較小容量的模塊化產(chǎn)品任意組合成一個(gè)較大容量的產(chǎn)品，可以提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。模塊化具體包括功率器件的模塊化和功能單元的模塊化。功率器件的模塊化是將變換器功率電路直接焊接在印制電路板或陶瓷基板封裝成通用或?qū)Ｓ媚K。功能單元的模塊化是將具有完整功能的電路通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的結(jié)構(gòu)組裝成一體，形成的功能單元模塊或組件，通過(guò)陣列式多級(jí)串并聯(lián)，可以組成整機(jī)設(shè)備或系統(tǒng)，將模塊組件的容量增加幾倍甚至十幾倍，使單一類(lèi)型模塊實(shí)現(xiàn)容量及功能的多樣化，無(wú)需針對(duì)特定功率需求進(jìn)行重復(fù)開(kāi)發(fā)或單獨(dú)設(shè)立產(chǎn)線(xiàn)，減小設(shè)備生產(chǎn)商的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。高性能主要指電力電子設(shè)備輸出特性的高性能，具體體現(xiàn)在：穩(wěn)壓性能好、波形質(zhì)量高、瞬態(tài)響應(yīng)特性好和電壓調(diào)制小等。設(shè)備的性能直接影響到下游客戶(hù)設(shè)備的技術(shù)特性，部分行業(yè)領(lǐng)域的客戶(hù)設(shè)備對(duì)供電品質(zhì)要求極高。例如加速器中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)對(duì)于對(duì)電源的精度提出極高的要求，需要高精度、低紋波、高穩(wěn)定度、高效節(jié)能的電源產(chǎn)品。而在測(cè)試電源領(lǐng)域，客戶(hù)在研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品精細(xì)化測(cè)試要求的提高，如新能源汽車(chē)電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、電控系統(tǒng)向高功率密度、高電壓、大功率等方向發(fā)展，促使測(cè)試電源產(chǎn)品持續(xù)升級(jí)。數(shù)字化和智能化貫穿于電力電子設(shè)備的控制、檢測(cè)與通信過(guò)程中，全數(shù)字化控制及智能化控制通過(guò)可編程芯片實(shí)現(xiàn)針對(duì)設(shè)備閉環(huán)反饋控制回路的數(shù)字化控制，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一參數(shù)模擬控制，如根據(jù)輸入電壓和負(fù)載及環(huán)境溫度的變化靈活設(shè)置不同的閉環(huán)反饋控制參數(shù)來(lái)提升設(shè)備的綜合性能和可靠性；同時(shí)，也可對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)控，如電流、電壓、溫度等狀態(tài)參數(shù)的數(shù)字化監(jiān)控，過(guò)壓、過(guò)流及過(guò)溫等故障信號(hào)的上報(bào)，以及上位機(jī)對(duì)設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)指令等。采用全數(shù)字化技術(shù)可有效縮小設(shè)備體積、降低生產(chǎn)成本、提高對(duì)用戶(hù)需求的匹配性和易用性。還可以實(shí)現(xiàn)如自學(xué)習(xí)、自調(diào)試等新功能，設(shè)備可以訪(fǎng)問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)自主解決簡(jiǎn)單的故障，并自主學(xué)習(xí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，另外還可支持遠(yuǎn)程維護(hù)。電力電子設(shè)備是新能源發(fā)電和電力能源優(yōu)化高效使用的基礎(chǔ)裝備，其大量使用是助力綠色環(huán)保、減少污染的利器；另一方面設(shè)備本身也需采用更加綠色環(huán)保的技術(shù)，例如采用功率因數(shù)校正等技術(shù)提高輸入功率因數(shù)，從而減少對(duì)電網(wǎng)的污染，降低無(wú)功損耗和容量占用；采用更高效率的變換器，降低自身?yè)p耗，減少電能消耗。電力電子行業(yè)發(fā)展前景及市場(chǎng)規(guī)模在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識(shí)，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢(shì)。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來(lái)大發(fā)展。目前，電力電子技術(shù)正逐漸向模塊化、集成化、智能化、數(shù)字化、綠色化方向發(fā)展。電力電子市場(chǎng)份額、電力電子發(fā)展方向如何?在碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為全球共識(shí)，清潔低碳是能源轉(zhuǎn)型大趨勢(shì)。能源結(jié)構(gòu)切換下，電力電子行業(yè)迎來(lái)大發(fā)展。目前，電力電子技術(shù)正逐漸向模塊化、集成化、智能化、數(shù)字化、綠色化方向發(fā)展。電能是目前最重要的能源形式之一，幾乎所有的電能從產(chǎn)生到消耗都要經(jīng)過(guò)電壓、電流、頻率等參數(shù)的調(diào)節(jié)，統(tǒng)稱(chēng)為電能的變換。電力電子技術(shù)就是一門(mén)對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，其本質(zhì)是利用電力電子器件（即功率器件）的開(kāi)關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電的控制，具有控制靈活、效率高等優(yōu)點(diǎn)。以電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的全控型功率器件相繼問(wèn)世，完成了傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)的轉(zhuǎn)變，并打破了PWM控制技術(shù)在硬件上的瓶頸，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，系統(tǒng)性能顯著提升。由于大功率負(fù)載系統(tǒng)的處理需求，電力電子市場(chǎng)需要在效率和熱管理方面發(fā)展。市場(chǎng)主要廠(chǎng)商需要加大投資技術(shù)開(kāi)發(fā)，在不影響熱管理或可靠性的前提下，降低器件和系統(tǒng)成本，減小重量和尺寸。器件、封裝、模塊、功率堆?；蚰孀兤鲗蛹?jí)的優(yōu)化解決方案正在得到應(yīng)用。無(wú)源元件必須改進(jìn)以充分利用新型半導(dǎo)體材料、器件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的潛力。隨著光伏和風(fēng)電發(fā)電占比逐漸提高，電源管理產(chǎn)品，如逆變器、升壓降壓等，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈需求也將同步增長(zhǎng)。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，同樣需要對(duì)電壓進(jìn)行變換從而可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)和為電池充電，對(duì)于電源管理產(chǎn)品的需求量更大。控制算法和功率器件性能都在不斷優(yōu)化，電力電子技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)自動(dòng)化、智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電等社會(huì)經(jīng)濟(jì)多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，以變頻調(diào)速系統(tǒng)最具有代表性。該設(shè)備采用以電力電子技術(shù)為支撐，通過(guò)內(nèi)置的控制軟件，不但能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電壓和頻率，在不改變?cè)涮纂姍C(jī)的條件下，保證電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)荷需求精確匹配，實(shí)現(xiàn)了高可靠性、高精度的自動(dòng)控制。從電力電子產(chǎn)業(yè)鏈看，目前國(guó)內(nèi)電容、電感磁芯以及繼電器的產(chǎn)品能力經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，積累了大量歷史數(shù)據(jù)，有能力為終端廠(chǎng)商提供成熟可控、性能高效的產(chǎn)品。未來(lái)電容和磁芯，有望進(jìn)一步替代日韓公司，國(guó)內(nèi)龍頭廠(chǎng)商有望更進(jìn)一步發(fā)展。另外，電感、功率器件和電容也是電源管理的核心元件。根據(jù)ECIA數(shù)據(jù)，2019年全球電感器市場(chǎng)規(guī)模為46億美元，中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，未來(lái)