电力电子行业总体概述及发展情况未来发展趋势
思瀚产业研究院 爱科赛博    2023-06-26

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 1.2 万亿元。

（2）所属行业在新技术、新产业、新业态、新模式等方面的发展情况和未来发展趋势

①高频化：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。

②模块化：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。

③高性能：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。目前，科研试验、新能源测试等领域对电源产品的输出电压、电流精度要求从千分之五提升到千分之一、万分之五甚至更高，动态响应时间从几十毫秒级缩短到几毫秒级甚至一毫秒以下。

④智能化：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。

⑤绿色环保：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。

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