自动化测试系统行业投资价值分析及发展前景预测

自动化测试系统行业投资价值分析及发展前景预测一、 电力电子行业概况电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术采用功率半导体器件、电磁/电容等功率元件，运用电气、控制、电子信息等理论和技术，将一次能源电能高效率、高质量、高可靠性地变换成交流、直流、脉冲等电能形式，实现电能时空变换（时间分布：恒定、交变、脉冲；空间分布：集中、分散、网络化），是光伏储能、电动汽车、航空航天、轨道交通、科研试验、电力配网、特种装备等领域的关键支撑技术，无论对改造传统产业还是发展高新技术，均有不可或缺的重要作用。电力电子技术和产品是电力能源领域的关键器件和核心支撑，电力能源领域是目前绿色减碳技术中应用最为广泛、发展最为迅速的领域之一，承载着率先实现碳中和与零排放的任务和期望。根据中国电源行业年鉴，我国电力能源的消耗占总能源消耗近55%，其中约70%的电能是通过电力电子设备处理后使用的，据预测未来这一比例将增至90%以上。近年来，我国电力电子技术和产业快速发展，支撑的电源产业和市场规模位居全球第一，年直接产值超过3，300亿元、间接产值超过12万亿元。二、 电力电子行业面临的机遇与挑战（一）电力电子行业面临的机遇与传统的基础设施建设不同，新基建的重心不再是房地产，而是城际交通、物流、市政基础设施，以及5G、人工智能、工业互联网等新型基础设施建设。新基建有以下几个方向：1）5G基站建设；2）特高压；3）城际高速铁路和城市轨道交通；4）新能源汽车充电桩；5）大数据中心；6）人工智能；7）工业互联网。以上几个方向中的特高压、铁路和轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等均为电源产品和电能质量控制设备提供了大量广泛的应用场景，将带动市场规模激增。近年来，装备电气化获得了高度关注，美国及欧洲开展了多项装备电气化相关研究计划，并在作战行动中尝试采用新型电气化手段。相比于燃油、液压等传统能源形式，电气化技术能够显著提高能源利用效率、改善维修性能、降低排放和噪声，因而不仅在民用交通运输行业具有广阔的应用空间，在特种装备及作战应用中也有巨大的潜在市场空间。以电气化引发的技术革新将催生出特种装备电源的需求，相关电气化装备的研发生产过程中还需要测试电源的参与。中国向世界作出碳达峰、碳中和的庄严承诺，推进建设以碳汇、碳减排、碳交易为主的各地区产业结构、能源结构、交通结构、建筑结构、用地结构以及办公生活模式的低碳零碳化，高水平建设碳中和城市、低碳零碳产业、零碳园区、零碳乡村、零碳政府与企业。新能源发电、新能源汽车等领域得到良好的发展契机。其中，光伏逆变器测试、储能变流器测试、电驱系统测试、电源系统测试、燃料电池测试、交直流充电桩测试、风电场并网测试等领域已经初见规模。未来清洁能源发电以及电气化将为电源领域提供更广阔的市场空间。随着我国经济结构转型的深化，国民经济各行业产业升级步伐加快，专业化、精细化生产趋势逐渐形成。生产设备逐步从通用设备向专用设备转变，用电方式开始从粗电到精电的变革，发电方式逐渐从资源消耗型向环境友好型过渡。在此背景下，专业性、高技术性的特种电力电子设备市场需求将保持稳定增长。面对电力电子领域广阔的市场，此前国外企业占据了较大的市场份额，特别是在精密电源设备领域。其原因一方面是技术难度较大，前期需要投入高额的研发成本，出于对成本和收益的衡量，相关企业在这方面的投入较少；另一方面，国际大厂的产品有着良好的口碑，其性能表现、稳定性和可靠性得到市场认可，加大了国内厂商的入场壁垒。但在当前的大环境下，贸易环境存在极大的不确定性，一旦发生禁运，由于电源产品涉及面较为广泛，将会对国民经济产生牵一发而动全身的被动后果，其经济损失不可估量。因此，国家开始积极推进进程，这给国内相关企业带来巨大的市场空间。（二）电力电子行业面临的挑战我国电力电子设备领域发展起步较晚，长期受到国产电力电子器件较少的严重制约，技术发展也主要采用追随研发的方式，原创性动力不强，研发投入相对较少。电力电子变换和控制技术对人员的技术要求高，人才培养周期长，导致了研发人才队伍建设落后于行业发展的需求。技术积累不足和专业科技人才的短缺在一定程度上制约了行业的发展速度。原材料中电子元器件的质量与性能影响到电力电子变换和控制设备的品质及可靠性。例如以电源管理芯片、DSP、FPGA为代表的IC芯片和以IGBT、MOSFET为代表的功率器件的生产商主要集中在欧洲、美国和日本，其供应受制于国外厂商的生产能力及各原产国的出口政策，国内企业在采购渠道和议价能力上受到较大制约。在目前的国际贸易形势及大宗商品价格波动的大背景下，半导体元件的供应存在着产能不足和价格增长的风险。三、 电力电子转型进程电力电子除了对传统的硅基器件的依赖，电力电子市场的发展将更多集中到碳化硅及氮化镓的技术创新上。迄今为止电源制造业已成为非常重要的基础工业，并广泛应用于各个行业部门，其发展趋势为继续向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多样化发展，而封装构造、外形尺寸都趋向国际标准化，以适应全球一体化市场的采购需求。随着制造业数字化转型进程的加速推进及中国制造2025战略的实施，工业企业逐步向智能制造转型。在碳中和背景下，新能源产业发展已成为全球共识，清洁低碳是能源转型大趋势。能源结构切换下，电力电子行业迎来大发展。目前，电力电子技术正逐渐向模块化、集成化、智能化、数字化、绿色化方向发展。具体来说，电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是利用电力电子器件对电能进行转换和控制的技术。电力电子技术就是一门对电能进行变换和控制的技术，其本质是利用电力电子器件（即功率器件）的开关作用，实现弱电对强电的控制，具有控制灵活、效率高等优点。电力电子技术应用四大领域，分别为：工业、交通运输、电力系统、电子装置电源。电力电子主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）。电力电子技术的应用主要有四大领域，即：工业、交通、电力系统、电子设备电源。工业领域的电力电子技术主要集中在交直流电机、电化学工业、冶金工业等;交通领域的电力电子技术重点是电气化铁路、电动汽车、航空、航天、航海等;电力系统领域的电力电子技术侧重于高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿等;电子设备电源领域的电力电子技术专注于为信息电子设备以及家用电器节能灯、变频空调等提供电源。四、 电力电子行业发展情况和未来发展趋势提高电力电子设备的开关频率，可以有效地减小设备的体积和重量。另外，可以采用高频隔离，去掉笨重的工频隔离变压器，从而进一步减小设备的体积和重量，并且消除变压器和电感的噪声，同时改善设备的动态响应能力。尤其是第三代功率半导体器件的应用，为高频化提供了器件基础。与硅基材料相比，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体材料的耐高压、耐高温、高频和高热导率性能更好。极大地提高了MOSFET、IGBT等功率器件的工作频率以及耐压容量、耐高温性能，可以极大提高设备的功率密度和综合性能。模块化技术是电力电子设备的重要发展趋势，通过采用多个较小容量的模块化产品任意组合成一个较大容量的产品，可以提高系统的可靠性和灵活性。模块化具体包括功率器件的模块化和功能单元的模块化。功率器件的模块化是将变换器功率电路直接焊接在印制电路板或陶瓷基板封装成通用或专用模块。功能单元的模块化是将具有完整功能的电路通过标准统一化的结构组装成一体，形成的功能单元模块或组件，通过阵列式多级串并联，可以组成整机设备或系统，将模块组件的容量增加几倍甚至十几倍，使单一类型模块实现容量及功能的多样化，无需针对特定功率需求进行重复开发或单独设立产线，减小设备生产商的产品开发成本。高性能主要指电力电子设备输出特性的高性能，具体体现在：稳压性能好、波形质量高、瞬态响应特性好和电压调制小等。设备的性能直接影响到下游客户设备的技术特性，部分行业领域的客户设备对供电品质要求极高。例如加速器中带电粒子的运动对于对电源的精度提出极高的要求，需要高精度、低纹波、高稳定度、高效节能的电源产品。而在测试电源领域，客户在研发生产环节对产品精细化测试要求的提高，如新能源汽车电动机、动力电池、电控系统向高功率密度、高电压、大功率等方向发展，促使测试电源产品持续升级。数字化和智能化贯穿于电力电子设备的控制、检测与通信过程中，全数字化控制及智能化控制通过可编程芯片实现针对设备闭环反馈控制回路的数字化控制，以代替传统单一参数模拟控制，如根据输入电压和负载及环境温度的变化灵活设置不同的闭环反馈控制参数来提升设备的综合性能和可靠性；同时，也可对设备的工作状态进行智能监控，如电流、电压、温度等状态参数的数字化监控，过压、过流及过温等故障信号的上报，以及上位机对设备的开关机指令等。采用全数字化技术可有效缩小设备体积、降低生产成本、提高对用户需求的匹配性和易用性。还可以实现如自学习、自调试等新功能，设备可以访问本地数据库自主解决简单的故障，并自主学习更新数据库，另外还可支持远程维护。电力电子设备是新能源发电和电力能源优化高效使用的基础装备，其大量使用是助力绿色环保、减少污染的利器；另一方面设备本身也需采用更加绿色环保的技术，例如采用功率因数校正等技术提高输入功率因数，从而减少对电网的污染，降低无功损耗和容量占用；采用更高效率的变换器，降低自身损耗，减少电能消耗。五、 精密特种电源行业发展情况精密特种电源市场涉及诸多领域，整体容量较大、单一领域市场规模相对有限，要求电源生产商需具备较强的技术实力、产品定制能力以及快速及时的售后服务，国外生产企业受制于成本、服务响应能力的短板，在航空保障、轨道交通、加速器、特种装备及部分工业领域已退出国内市场，由国内企业占据主导地位；在一些高端特种电源领域，如航空航天、医疗仪器设备、半导体等先进工业装备、前沿研究等领域，国外产品具有先发优势和经验积累，仍占据主导地位。航空保障电源用于飞机的日常测试检修供电，是机场、机库所必备的保障设备。使用地面供电设备替代机载APU，能有效降低机坪噪音、减少污染排放、节省燃油，已成为民航行业节能减排的重要措施和发展趋势。根据中国民航局数据，2021年中国民航客运输量与货邮运输量实现疫情后的反弹，同比增长55%、82%，但较疫情前仍有较大增长空间。同时，2021年中国民航业固定资产投资总额达到1，88044亿元，同比增长1554%，传递出中国民航业复苏的信号。此外，我国飞机保有量稳定增长，截至2021年末，民航全行业运输飞机期末在册数量为4，054架，比上年底增加151架。根据民航行业发展统计公报，中国2020年民用机场为580个，中国民航规划到2025年建成770个民用机场，平均每年新建民用机场38个。同时根据规划，上海浦东、天津、长沙等机场改扩建的重点建设项目将在十四五期间开工，以加快枢纽机场建设和完善非枢纽机场布局。民用航空业的复苏及发展，新建和扩建机场的增加，以及飞机保有量的稳定增长，将有效带动国内航空保障电源的需求增长。我国铁路城轨在过去的10年得到了前所未有的快速发展，全国铁路运营里程数和城市轨道运营里程数直接反映了轨道建设的发展速度。20142015年，铁路运营里程增长较快，2016年以后，由于铁路行业发展已达到阶段高位，铁路投资基本保持稳定，而城市轨道投资额一直保持稳步增长。目前，国内城轨建设向二三线城市蔓延，预计中国城市轨道交通运营行业将会继续保持较大建设规模和较快的发展速度。十四五规划纲要和2035年远景目标纲要多次提及铁路，为轨道交通的未来发展指明了方向。随着铁路客运、货运持续改革，用户对轨道交通装备产品的适用性、安全性、可靠性等提出了更高的要求。铁路运营里程的增加和配套动车所的数量增加将会带动铁路沿线电源产品及动车所地面电源的增长。铁路电气化升级改造催生高可靠、智能化的新型电源产品的需求。带电粒子加速器是利用电磁场加速带电粒子的装置，科学家们在加速器上建立了现代核物理与粒子物理学科。在大型加速器装置上使用的新技术往往又会迅速应用到小型装置上并商品化，在其他科技和国民经济领域，也有着广阔的重要应用。在基础研究大型加速器建设方面，根据建设创新性国家的要求和国家中长期科技发展规划，从十一五开始，将加大国家基础科学设施建设的力度，建设一批包括北京正负电子对撞机二期、上海光源、中国散裂中子源、国家同步辐射实验室以及全超导托卡马克核聚变实验装置在内的基础科学设施，带动了加速器电源在基础研究领域的需求快速增长。根据国家重大科技基础设施建设长期规划，目前有大批正在建设以及未来规划建设的大科学装置，其中包含合肥先进光源（HALF）、南方先进光源（SAPS）、重庆超瞬态实验装置、武汉光源、稳态微聚束极紫外（SSMB-EUV）光源、散裂中子源二期、上海自由电子激光等大型加速器等。根据近年来的发展趋势，粒子加速器的商业化应用同样具有较大的潜力。例如：在医疗领域，可用于生产放射性同位素和重离子及质子治疗；在工业领域，可提供辐照加工、离子注入、无损检测等；在环保领域，可用于燃煤烟气脱硫脱氮、核废料处理等。有的已经形成产业，如无损集装箱检测设备；有的即将形成产业，如燃煤烟气脱硫脱氮设备、质子治疗癌症设备等。重离子和质子治疗癌症的医疗设备已经由中国科学院兰州近代物理研究所和上海应用物理研究所与企业组成联合体，开始产业化工作。在可预见的未来，粒子加速器的研究将仍然是相关学科的核心前沿。加速器电源是控制带电粒子束注入、运行及引出的重要设备，精确控制带电粒子束的需求，也将对加速器电源的供电品质提出更高的要求。另一方面，随着粒子加速器与日常生活的联系日益紧密，加速器技术学科的发展也将日益与其他工程学科趋同，在小型仪器仪表、民用产业领域持续不断地深入其影响力。粒子加速器在更广阔领域的应用也将为相关电源产品带来更大的市场空间。定制特种电源指根据特种装备等领域的客户需求研发设计定型的电源产品，用于各类装备的供电或保障。早期国内相关市场主要被Vicor、Interpoint等国外电源品牌占据，但随着我国电子电力技术和装备现代化进程的加速发展，我国相关产业已取得了长足的进步。尤其是自2018年中美贸易摩擦以来，国家对于自主可控的意识大幅加强。目前，我国特种装备电源行业已逐步实现了由国产品牌元器件全的方向继续推进。随着技术的发展，特种装备系统的型号种类不断增多、性能不断提升，电源模块产品和电源系统需求也呈现个性化、定制化的特征。飞机数量增加及新型机型逐渐投入使用，保障维护所需的航空保障电源需求呈稳定上升趋势。大量新型装备列装，训练、测试所需的定制电源和模块电源也随装备同步增长。现代特种装备电气化、信息化、智能化发展，使特种装备平台出现多电全电等综合电力发展趋势，例如综合电力系统（IPS）已经得到成熟应用。随着用电量变大、用电特性多样化，对其独立电力系统的要求和各环节电源设备的需求越来越高。六、 电力电子行业上下游关系上游行业为电子件电气件结构件等原材料供应行业，下游行业应用较为广泛，包括光伏储能、电动汽车、航空航天、轨道交通、科研试验、电力配网、特种装备等诸多行业。新能源产业的爆发、电力事业的发展、工业化进程的推进及设备电气化程度的提升及节能减排政策的大力推广为行业产品创造了广阔的产业空间和市场机遇。七、 我国电力电子技术发展趋势集成化智能化通用化信息化趋势。（1）电力电子技术集成：有利于减小产品体积和重量，提高产品功率密度和性能，满足人们对方便、快捷、便携的要求;（2）电力电子技术智能化：提高产品的自动调节能力，提高效率和功率、调速范围和性能等，减少人力物力，提高产品服务;（3）电力电子的泛化技术：广泛应用电力电子技术，提高技术应用范围，降低生产成本;（4）电力电子技术信息化：现代信息技术逐步应用于电力电子技术，使技术不仅既是能量转换和传输装置，又是信息传输装置和交换功能。八、 电力电子器件细分领域概况电力电子器件细分领域多，行业整体增速较缓，大厂倾向于业内并购，通过布局新领域实现增长。国内电力电子器件市场规模大，产业仍处于起步阶段。然而供应链仍然被国外厂商所垄断，国内企业相对而言规模较小、技术落后、品类不全，产业仍然处于起步和加速追赶的阶段。预计今后几年在政策的推动、资金的支持以及市场需求等多重因素带动下，中国电力电子器件行业发展向好。中国电力电子行业现如今总值达500亿元，持续稳中向上发展趋势。电力电子行业对中国人的生活已经产生了深远的影响。随着工业40的推进和制造业的转型升级，电力电子技术日渐广泛应用于电力、环保、装备制造、轨道交通等传统重点领域，以及新能源、航空航天等前沿技术领域，在国民经济发展中的地位将越发重要，产业发展前景广阔。具体地说，电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术应用四大领域，分别为：工业、交通运输、电力系统、电子装置电源。工业领域电力电子技术着重于交直流电机、电化学工业、冶金工业等;交通运输领域电力电子技术着重于电气化铁道、电动汽车、航空、航天、航海等;电力系统领域电力电子技术着重于高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿等;电子装置电源领域电力电子技术着重于为信息电子装置提供动力等，以及家用电器节能灯、变频空调等。从应用领域来看，电力电子技术具备广阔的发展前景，在政策与市场的共同驱动下，电力电子产业有望迎来新的发展契机。目前在电子电力行业，有部分专用的电子电力产品仍为进口，而中国拥有良好的电动汽车产业前景，其电池产业为世界领先地位，但其电子电力产业仍然处于起步阶段。目前，我国将加快推动电力电子中长期交易、现货市场和辅助服务市场建设发展，促进电力行业高质量发展，支撑新型电力系统建设，服务能源绿色低碳转型，并将对加快推动发用电计划改革、售电侧体制改革等电力体制其他改革发挥重要作用。预测中国电力电子技术的采用周期，有专家分别计算了碳化硅及氮化镓器件的投资回报期以及基于该投资回报期的每种应用的市场份额，考虑了各种促使行业延缓或加速发展的因素，比如市场保守程度，电力电子产品设计周期，生产能力扩大时机，以及其他行业发展驱动的影响等。目前在半导体行业有一部分发展缓慢，包括消费者部分的发展较为缓慢，但在电子电力产业方面目前发展的十分迅速。整体而言，半导体行业在未来10年的发展将十分迅猛，在电动汽车、通讯行业、高性能计算机、物联网、人工智能等行业未来都将对芯片有着高度需求。