专用测试装备行业现状

专用测试装备行业现状一、 电力电子行业持续高速发展近年来，随着中国宏观经济的持续高速发展，社会生产和人民生活水平的不断提高，以及社会电气化程度的逐步提升，电源产业总体上一直保持平稳增长，且应用领域不断扩展，新能源发电、新能源汽车、智能制造、智能电网、数据中心等新兴应用领域为电源产业的发展提供了新的动力，这些行业的发展又对电力电子设备提出了诸如节能、节材、缩体、减重、避免污染、改进环境、牢靠、安全等新的要求，进而推动了电源工业的发展。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。儒竞科技以电力电子及电机控制技术作为创新基石，以技术创新作为产品创新的驱动力，通过将不同技术领域内研发形成的创新技术逐步应用到不同类别的创新产品中，形成了通过跨领域的技术创新带动产品创新的新业态，有效实现了电力电子及电机控制领域内变频节能与智能控制综合产品的产业化实践。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、 电力电子应用领域中国电力电子产业总产值已达500亿元，并继续稳步向上发展。电力电子产业对中国人的生活产生了深远的影响。电力电子器件又称为功率半导体器件，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。用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等，同时具有节能功效。功率半导体器件广泛应用于移动通讯、消费电子、新能源交通、轨道交通、工业控制、发电与配电等电力、电子领域。电力电子器件根据载流子类型可分为双极型与单极型。双极型包括功率二极管、双极结型晶体管、电力晶体管、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管等，单极型包括功率MOSFET、肖特基势垒功率二极管等。电力电子器件起着关键性作用，关系着高铁动力系统、汽车动力系统、消费及通讯电子系统等领域能否实现自主可控的核心零部件。中国制造2025明确提出将先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、高档数控机床和机器人等列为突破发展的十大重点领域。同时国内企业具备低端领域全面实现国产化能力，同时向中高端进军，以南车、比亚迪为代表的厂商已实现技术突破，成功实现国产化IGBT在高铁和新能源汽车中的应用。美国电力电子器件处于世界领先地位，拥有一批具有全球影响力的厂商，例如TI、Fairchild、Maxim、ADI、ONSemiconductor和Vishay等厂商。欧洲拥有Infineon、ST和NXP三家全球半导体大厂。日本主要有Toshiba、Renesas、Rohm、Matsushita、FujiElectric等。中国台湾拥有富鼎先进、茂达、安茂、致新和沛亨等一批厂商。中国大陆拥有吉林华微电子、苏州固锝电子、无锡华润华晶微电子、扬州扬杰电子等一批厂商。四、 电力电子行业主要应用领域随着光伏和风电发电占比逐渐提高，电源管理产品，如逆变器、升压降压等，以及相关产业链需求也将同步增长。在新能源汽车领域，同样需要对电压进行变换从而可以驱动电机和为电池充电，对于电源管理产品的需求量更大。控制算法和功率器件性能都在不断优化，电力电子技术在运动控制、工业自动化、智能电网、新能源发电等社会经济多个领域都得到了广泛的应用。电力电子技术的应用中，以变频调速系统最具有代表性。我国碳达峰碳中和目标的确立，标志着以光伏、风电为代表的新能源将成为未来我国能源增长的主要力量。中国光伏行业协会预测十四五我国年均光伏新增70-90GW。根据国家可再生能源中心数据预测，我国光伏市场年均新增装机在中长期内将大幅增加。电能是目前最重要的能源形式之一，几乎所有的电能从产生到消耗都要经过电压、电流、频率等参数的调节，统称为电能的变换。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。如今大规模集成电路的广泛应用，为电力电子技术的进一步发展奠定了基础。将集成电路技术中的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，实现了功率器件向高频化方向发展。从电力电子产业链看，目前国内电容、电感磁芯以及继电器的产品能力经过20余年的发展，积累了大量历史数据，有能力为终端厂商提供成熟可控、性能高效的产品。未来电容和磁芯，有望进一步替代日韩公司，国内龙头厂商有望更进一步发展。光风等自然条件多变，导致光伏、风电输出功率不稳定，无法时刻满足并网的功率要求，储能系统则可以解决光伏发电、风力发电系统间歇性和不稳定性的问题。除了保证系统的稳定可靠外，储能系统还是解决电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径。截至2020年底，中国已投运光伏配置储能项目累计装机规模达到8830MW。根据中关村储能产业技术联盟保守预测，十四五期间我国储能系统累计装机年复合增长率有望超60%，2025年储能系统累计装机将达到355GW-559GW。新能源大致可分为太阳能、风能、核能、生物质能、地热能等。碳中和背景下，新能源产业发展已成为全球共识，清洁低碳成为全球能源转型大趋势。根据DNVGL发布的全球能源结构走势，未来新能源发电所占比例将持续增高，其中光伏将逐步成为主要发电方式。在碳中和背景下，全球能源体系重构势在必行。随着各国大力发展新能源产业，光伏和新能源汽车进入快速发展阶段，而光伏、新能源汽车的发展也大幅提升了储能的需求。2020年我国总发电量762万亿kWh，其中非化石能源发电量占比339%，风光发电量占比95%。据估算，2030年我国总发电量1128万亿kWh，其中非化石能源发电量占比445%，风光发电量占比208%。2050年我国总发电量1636万亿kWh，其中非化石能源发电量占比885%，风光发电量占比603%。可见，未来我国非化石能源发电量占比将提升，新能源发电占比将持续提高。随着产业的进步40和制造业的转型升级，电力电子技术在电力、环保、装备制造、轨道交通等传统重点领域的应用越来越广泛，以及新能源、航空航天等前沿领域。技术领域将在国民经济发展中发挥越来越重要的作用，行业发展前景广阔。还处于观望阶段、尚未入局的创业者，本文带你了解电力电子行业。五、 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。六、 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。七、 精密测试电源行业发展情况测试电源伴随着科研和工业领域同步发展，产业发展周期较为悠久，产品技术相对成熟，广泛应用于科研试验、航空航天、医疗设备、通信电子、消费电子、电子元器件等传统行业。由于其应用领域广泛，通常被归为通用电子测量仪器中的电源及电子负载类别，称作通用测试电源。在传统工业领域发展较早的欧美日以及中国台湾地区，积累了一批具备较强先发优势的厂商，包括AMETEK、EA、致茂电子等。随着新能源行业快速发展，开始出现较多对大功率测试电源的需求。由于通用测试电源通常功率较低而无法满足以上测试需求，市场上出现两类解决方案：通过串并联技术将功率较低的通用测试电源扩容以覆盖更高功率；采用大功率变换器方案按照测试电源要求专门研制。后一类大功率测试电源体积较大，主要应用于新能源及其上下游相关配套领域，因此也被称作专用测试电源或大功率测试电源。由于大功率测试电源早期的定制特征，在通用测试电源领域占据主导地位的国外和中国台湾地区厂商，其价格、服务、市场响应速度都不具备竞争优势。国内具备较好的技术基础和定制化能力的电源厂商，如科威尔、艾诺仪器、沃森电源等，通过研发大功率测试电源切入新能源领域，并逐步开发通用测试电源产品，形成对传统测试电源厂商的差异化竞争。随着电力电子技术的进步，设备电气化水平的提升，以及近年来光伏储能、新能源汽车等行业的快速发展，作为电气电子产品或部件在研发生产环节中的必要测试设备，测试电源的需求呈现快速增长。测试电源在新能源发电领域的主要应用是对光伏发电领域的核心部件光伏逆变器进行测试，对储能领域的核心部件储能变流器和储能电池包进行测试，以及对发电机组接入电网做电网适应性测试。例如，光伏模拟器可以输出高精度、高动态特性的直流电，模拟光伏阵列的IV特性曲线，广泛应用于光伏逆变器的研发生产测试，是测试逆变器MPPT效率的重要工具；电池模拟器可以模拟真实储能电池包的输入输出特性，可实现储能变流器充放效率测试；电网模拟源适用于风电、光伏等各种外场环境，可模拟包括电网电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动、闪变、谐波电压在内的各类电网工况，对发电机组电网适应性进行测试和认证。目前，各国对碳排放造成环境问题基本达成共识，低碳发展的理念已成全球趋势。在2021年的两会上，碳达峰、碳中和被首次写入政府工作报告，我国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，利用光伏等新能源替代传统能源是实现这一目标的关键。随着光伏发电行业持续降本增效，截至2020年底，光伏发电的平均成本为036元/度，基本与全国脱硫燃煤电价平均值持平，经济效益开始显现。光伏发电已经成为具有规模优势和自主知识产权的优势产业。据国家能源据统计，我国光伏发电累计装机容量从2016年的077亿千瓦增长到2021年的306亿千瓦，年复合增长率为3178%。按照十四五规划要求及相关部署，确保2025年非化石能源消费占一次能源消费的比重达到20%左右，到2030年该比重达到25%左右。为达到此目标，我国光伏等新能源发电年均装机容量仍将保持高速增长，对测试电源的需求将持续提高，行业规模有望稳定增长。在光储领域，核心部件光伏逆变器功率不断提升。以目前市场占比接近70%的组串式逆变器为例，各大厂商陆续推出更大功率的逆变器产品，以降低产品的单瓦成本。随着高功率化降本的路线逐渐清晰，光伏逆变器产品迭代速度明显加快，将会促使应用于逆变器研发生产环节的测试电源产品迭代升级。此外，微型逆变器凭借安全、高效、灵活的优势，以及近年成本的下降，正迎来全新的发展机遇，未来将新增大量微型逆变器的测试需求。专用测试装备广泛地应用于新能源汽车领域，是新能源汽车行业的电驱动系统、电源系统、动力电池和充电桩研发和生产环节必不可少的测试设备。例如，电池模拟器可准确模拟电池的不同参数，来测试电驱动系统的效率、堵转、超速、馈电、过载等性能，亦可用于替代真实电池满足对直流充电桩测试；电机模拟器可同时模拟电机及电池包，具备电机动态数学模型，精确模拟永磁同步电机电动及发电状态，单台设备完成电机控制器的老化及下线测试；电网模拟源模拟电压变化、谐波、闪变等特殊工况，用于充电桩的电网适应性测试。全球范围内，新能源汽车仍处于起步阶段，呈现出渗透率较低，增速较高，增长潜力巨大的特点。从市场规模来看，我国已经成为全球最大的新能源汽车市场，2021年新能源汽车产销突破350万辆，实现同比16倍的大幅增长。根据2030年前碳达峰行动方案的要求，到2030年新能源汽车的渗透率要达到40%，我国新能源汽车市场的发展潜力充足。随着国内电动汽车的蓬勃发展，我国政府同步推进新能源汽车及充电设施产业发展。2016-2021年间，我国公共充电桩数量由1413万个增长至11470万个，复合增长率达5201%。后续随着我国新能源汽车的持续增长，将会进一步拉动充电基础设施建设需求的快速增长，我国充电基础设施规模有望迎来新一轮高增长，市场前景广阔。新能源汽车整车及部件测试环节众多，对测试电源的需求也将稳定增长。随着新技术和新材料的发展，新能源汽车的电驱动系统和电源系统朝着高电压、高功率密度、高度集成化的方向发展，以提高电机效率延迟里程、减轻汽车重量、缩短充电时间。高压化对汽车电子各环节都将带来新挑战，新能源汽车要实现以上功能，除了需要提高电机、电池性能外，PTC、空调、OBC、高压线束等部件都需要重新适配，此外还面临更高电压带来的安全、热管理、成本等多方面挑战。因此，在相应的研发生产环节，也将催生出对测试电源产品新的需求。同时，随着整车带电量和续航里程提升，充电便利性成为制约电动车使用体验提升的一大因素，高压快充能够有效解决电动车里程焦虑、快速充电问题，已成为未来补能技术演进新趋势，相应的高压大功率超充网络正处于加速布局阶段。较大的快充需求有望驱动充电桩向高功率升级换代，进而带动测试电源的需求增加。测试电源是各类制造业的基础测试设备之一，市场空间十分广阔。随着消费电子、通讯电子、半导体等下游行业的迅速发展，测试电源行业迎来了新的挑战和机遇。当前，我国正在由制造业大国向制造业强国转型，对半导体等先进制造圆测试、芯片供电及老化测试、分立器件的导通测试等关键测试环节均需要测试电源参与，因而测试电源的自主可控尤为关键。在当前国际形势下，研发生产环节关键设备的国产化来越受到国家和企业的重视，随着国内电力电子技术的快速发展，目前国内企业在测试电源领域已有充分的技术积累。从产品指标上看，国产测试电源在电压精度、电流精度以及动态响应时间等方面已达到进口品牌水平，为后续逐步替代进口产品创造了可能。同时，新能源产业的快速发展带来了新的测试需求，国产厂商展现了性价比和快速服务响应上的优势。以新能源领域为突破口，建立品牌认知和产品口碑，有助于国产厂商辐射更广阔的市场应用领域，把握的机会。