柔性直流输电行业研究：规模化应用在即产业趋势逐渐明确精选版.docx

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1、东吴，曾朵红、谢哲栋）1 .柔性直流输电是新型电力系统重要工 具什么是柔性直流输电？什么是柔性直流输电？柔性直流输电（VSC-HVDC）主要是基于电压源换流器的 高压直流输电，是以IGBT等 全控器件为核心功率器件的第三代直流输电技 术。柔性直流输电距今已有三十多年的发展历史，目前已在风 电送出、电网互 联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景取得了充分发展和工程应用，其 输电能力已经 达到特高压等级。柔性直流输电系统核心设备包括柔直换流阀、直流控保、柔直换流变。其中， 换流阀是直流电和交流电相互 转化的桥梁，其核心是将IGBT驱动板卡、水熔 板等压接在一起组合成的一个完整柔直模块。柔性直流

2、输电VS常规直流输电与常规直流输电相比，柔性直流输电有一系列突出优势：1）无需无功补偿， 谐波水平低。柔性 直流输电采用IGBT,无需交流侧提供换相电流和反向电 压，从而避免了大量的无功消耗，并节 省用地；2）无需依赖有源电网。柔性 直流输电受端系统可以是无源网络，因此可以向孤岛供电，常规直流系统则需 要依靠电网完成换相，需要较强的有源交流系统支撑；3）无换相失败的风 险。开通和关断时间可控，与电流的方向无关；4）适合构成多端系统。柔性直 流输电系统可以通过改变单端电流方向来改变潮流的方向，便捷而又快速； 5）传输功率可独立控制。伴随特高压交直流快速发展，“强直弱交”问题 突出，电网安全面临挑

3、战。 “强直弱交”的特点 会导致系统短路容量较低，电压稳定问题严重，为避免 大规模新能源脱网，会采取限制直流输送 功率及新能源出力水平的措施。常规直流输电常常发生“换相失败”。“换相”是直流转换为交流的关键环 节，由于交、直流系 统间的交互影响，受端交流电网常规故障导致的直流换 相失败，在对受端造成巨大有功、无功冲 击的同时，会将能量冲击传递到送 端，严重情况 下甚至可能造成送端系统稳定破坏。柔性直流输电关键设备-换流阀直流输电建设可分为换流站建设和中间线路建设两部分，而换流站主设备中以 换流阀最为关 键。换流阀是换流站的核心设备之一，起到交流/直流转换的作 用，在送端将交流电转化为 直流电，

4、在受端将直流电转换为交流电。IGBT是柔直换流阀的核心换流元器件。常规换流阀以晶闸管等半控型电力电子 元件为核心 器件，柔直换流阀主要为MMC模块化多电平换流器，其以IGBT等 全控型电力电子元件为核心功率器件，控制技术更加复杂，但运行特性更灵 活，可实现四象限运行“，适用于远海 风电送出、孤岛供电、混合直流输电 等场景。柔性直流输电是新型电力系统重要工具构建以新能源为主体的新型电力系统需要灵活的柔性直流输电技术支撑。柔性 直流输电技术的可控性、灵活性更强，不需要交流系统支撑换相，甚至可不 依赖交流电网，以孤岛方式实现100%新能源汇集，并可为交流电网提供动态支 撑，其规模化应用将随着经济性的

5、进一步改善大大加快，助力新能源接入电网 比例大幅提升。2 .特高压柔直逐渐成熟，海风柔直外送 趋势已定我国柔直技术发展：始于2006,多项工程世界领先源于2006年国网智研院牵头制定的技术框架，多项工程世界领先。我国柔直技 术发展始于2006年国网智研院，随后发展迅猛，创下多个“世界首个”工 程，技术积淀雄厚。柔直发展趋势：向特高压、大容量发展国内柔直工程起步较晚但发展较快，国内外均向特高压、大容量发展。海外柔 直工程始于1997年，国内则始于2010年，但在电压和容量上国内后来居上， 已经向800kV5GW级发展，海 外工程也已向600kV2GW级迈进，特高压+大 容量为国内外柔直发展的必然

6、趋势。十年磨一剑，我国特高压柔直输电技术已世界领先。自年我国首个自主设计 研发建设的柔直 工程-上海南汇风电工程并网投运，代表着柔直技术开始向工 程推广迈进。截至23年10月，我 国已累计投运条柔直输电工程，电压等 级最高达到了 800kV,在新能源外送、电网互联互济、孤岛送电等场景实现 应用。柔直换流阀：南瑞独占鳌头，荣信&许继积累深厚换流阀作为柔性直流输电的“心脏”，是单机价值量和技术水平最高的设备， 格局更为集中。国内主要的柔直换流阀供应商主要为：国电南瑞（中电普瑞、 南瑞继保）、荣信汇科（未上 市）、许继电气（许继集团、许继电气）、ABB 四方、特变电工、中国西电。其中南瑞的柔直 阀投

7、运容量份额约44%,荣信汇 科&许继均有深厚的积累。江苏如东海上风电场柔性直流输电工程 如东海上柔直工程位于江苏省南通市如东县，分别在海上和陆上各建设1座换 流站，柔直输 电系统采用对称单极接线，直流电压等级400 kV、输送容量 为00MW0江苏如东H6、H8、HIO海上风电场装机容量分别为400MW 300MW. 400M肌各风电场分别通过两回220 kV交流海缆汇集于海上换流站； 陆上换流站通过一同交流线路馈入500 kV交流电网。该工程选取4. 5kV2kA的IGBT,陆上换流站和海上换流站采用单相干式空心桥 臂电抗器。该 投资约47亿元，其中海上换流站总体造价约18亿元，占总体投 资

8、比例约40%；陆上换流站总体造价约12亿元，占总体投资比例约27%。海外海风柔直工程：逐渐成熟迈向标准化欧洲海风柔直代表性工程于近10年陆续投运，聚焦+320kV900MW,西门子/ABB 为主要建 设商。海外海风柔直工程主要从2015年起陆续投运，以实力雄厚的 西门子/ABB （现日立能源）为主要建设商，整体功率近年来稳定于900MW,电 压/功率相较国内均较低。以DOIWin5为例，DOlWin5由一条横跨130公里的柔性直流作为外送通道，其 中100公里是海底 电缆，通往HamSWehrUm,另有30公里的陆地电缆延伸至 Emden/East的换流站。其中DOlWin5通过新技术消除了每

9、个风电场都需要单 独的升压站的需求，显著地节省了成本。海外海风柔直规划：规划空间大，建设有望提速欧洲海风规划空间大，海风建设有望提速。截至2022年底，欧盟27国海风累 计装机16. 3G肌 但距离成员国承诺到2030年完成装机InGW的目标相差较 多，则未来8年平均每年需要安装约12GW的海风，建设进度有望提速。欧盟海盆海风资源丰富，北海是规划的重点区域。根据欧盟2020年近海可再 生能源战略，北海能源合作组织（NSEC）将重点开发北海优质的海风资源。2023年4月，荷兰输电系统运营 商TenneT签署了价值约300亿欧元合同建设 14个2GW的北海海风的输电系统（包含海上&陆上 换流站的所

10、有电力设备，单 GW投资额约84亿RMB）,技术方案则全部采用2GW的高压直流输 电系统。3 .规模化应用即将启动，产业链市场空 间弹性释放我国特高压工程建设复盘特高压工程的建设是我国近20年的电网发展的主旋律之一。2004年，国网公 司提出了建设以特高压电网为核心的坚强国家电网的战略构想，2005年开始 正式启动特高压交流试验示范工程 的初步设计，从此特高压建设成为了贯穿我 国电网发展的主旋律。截止到2022年底，我国已建 成“17交16直”的33条 特高压线路。“十四五”规划以及后续特高压外送通道建设将主要围绕清洁能源大基地的外 送消纳展开，建 设持续性强。十四五&十五五建设持续性强23年

11、特高压高速推进，开工和核准节奏有望超历史最高值（15年的5条直 流）。根据国网规划，23年预 计核准“5直2交”，开工“6直2交”，投资 额有望超过IOOO亿。此 前市场预期22H2核准开工“4交4直”，因下半年疫 情等影响实际仅 核准4条交流（无直流）。特高压直流：“十四五”规划中 金 上-湖北、陇东-山东、宁夏-湖南、哈密北-重庆已正式开工，所有已开 工 工程已完成物资招标，24年我们 预计会有至少4条直流开工建设。特高压交 流：川渝IOOOkV联网、张 北-胜利特交工程已完成核准并开工，24年我们预 计还会核准开工2条交流工程。潜在新增规划方面，根据国网两会 以及各省 的能源规划，为了满

12、足清 洁能源大基地二期及远期的外送需 求，我们预计至 少条特高压线路 将列入建设规划中，其中我们预计 将有6条线路有望采用 柔直方案（标蓝的线路）。4 .重点公司分析国电南瑞：特高压柔直领军企业，战略布局IGBT国产化公司是能源互联网整体解决方案提供商，是新型电力系统技术攻坚的重要主 体。公司是国网旗下以能源电力智 能化为核心的能源互联网整体解决方案提供 商，为电网、发电及用户提供能源整体解决方案。公司是国内柔直输电技术的引领者。公司的子公司中电普瑞和南瑞继保是国内 柔直换流阀的核心供应商，公司成立南瑞联研半导体公司，研发国产高压 IGBT,目前公司自研的4.5kV3000kA的IGBT已在张

13、北挂网，未来随着特高压 柔直外送+远海风柔直外送公司柔直阀&IGBT有望快速放量。许继电气：特高压直流迎来建设大年，柔直增厚利润空间传统主业稳健发展，产品覆盖各环节。公司是覆盖“发输变配用各环节的、 覆盖一次和二次装备、交流及直流装备的电力装备制造商及系统解决方案提供 商。1）智能配用电业务受益于二次设备稳健增长+储能PCS配套需求旺盛，收 入有望维持20%左右增长；2）智能电表业务国内市场持平稳增，海外市场突破 提供增长弹性；3） 一次设备配套公司风光储业务，收入有望实现快速增长。特高压直流换流阀的老牌玩家，柔直渗透率提高增厚公司业绩弹性。公司是特 高压直流换流阀的老牌玩家，市 场份额仅次于

14、国电南瑞（中电普瑞+南瑞继 保），2023年累计中标6台常直换流阀和2套直流控保系统。公司柔 直换流 阀技术布局多年，投运容量约占19%,公司在特高压柔直输电技术以外，实现 了在海风柔直换流阀的稳 定中标，先后中标如东海风柔直工程（海上换流站） 和三峡阳江海风柔直工程（陆上换流站），市场份额高达50%o未来随着柔直 渗透率的提高，公司的业绩弹性有望大幅提升。中国西电：一次设备龙头，柔直换流阀老玩家一次设备龙头，直、交流特高压输变电设备供应商。公司专注于输配电设备的 研发制造，包括变压器、电抗器、高低压开关、换流阀等电力自动化集成及成 套电力设备。公司是柔直换流阀的老玩家，曾先后为南澳16OkV

15、多端柔直、 鲁西背靠背柔直工程提供柔直换流阀，累计出货容量为1200MWo产品拓展完善矩阵，新能源标杆项目逐步突破。公司在一次设备的基础上，不 断加大二次设备、新能源领域、智慧电网板块的拓展，目前已完成海上风电 55OkV变压器、直流GlS等海上风电设备研制，同时完成了配网电力电子变压 器及高压级联储能装置的研发，电力电子技术能力不断提升。荣信汇科：柔性输电换流阀领先企业柔性交直流输电专精小巨人，技术水平国际领先。公司是专业从事柔性交直流 输配电成套装置及大功率变流器等高端装备研发、制造、销售及服务的高新技 术企业，主要产品包括柔性直流输电成套装置（HVDC Smart） 柔性交流输电 成套装

16、置（FACTS）和大功率变流器（MaxiVert）三大系列。专注高压大功率电力电子技术，工程项目经验丰富。公司专注于高压大功率电 力电子技术的研发与应用，目前已实现鲁西背靠背、渝鄂背靠背、乌东德特高 压柔性直流、如东海风柔直工程等多项工程柔直换流阀的出货，同时FACTS产 品系列的静止同步补偿器（STATCoM）主要面向海外市场及新能源交流并网的国 际客户，已出口至欧洲、非洲、大洋洲和北美洲等地区，项目经验丰富。报告节选：什么是柔性直流输电?什么是柔性直流输电?直流输全控器件为核心功率器件的第三代 电送出、电网互联、无源网络供电达到特高压等级C柔性直流输电系统核心设备包括柔转化的桥梁，其核心是

17、将IGBT驱动图柔直技术示意图柔性直流输电VS常规直法 与常规直流输电相比，柔性直;直流输电采用IG BT,无需交近 省用地；2）无需依赖有源电。 ,常规直流系统则需要依靠电 险。开通和关断时间可控，与 通过改变单端电流方向来改变;图常直输电与柔直输电比较比较项目换相失败滤波器容量无功功率 没有讶换流站间通讯占地对交流系统依赖性柔性直流输电关健设备一 直流输电建设可分为换流站置键。换流阀是换流站的核心必 直流电，在受端将直流电转换 IGBT是柔直换流阀的核心换j器件，柔直换流阀主要为M N心功率器件，控制技术更加宴 风电送出、孤岛供电、混合直图常直到柔直换流阀的演变常规直流正极电压柔性直流输电

18、是新型电力构建以新能源为主体的新型尾 可控性、灵活性更强，丕需1 IoO%新能源汇集，并可为交 大大加快，助力新能源接入自图新型电力系统对灵活性的要求时间机构2023. 07. 11中央深改委2023.07. 11 辛保安2023. 06. 02国家能源局2022. 10. 15杨昆我国柔直技术发展：始于;源于2006年国网智研院牵头侪年国网智研院,随后发展迅猛图我国柔直技术发展历程世界首4 电工程一 + 160kV 条直正右确化源的术 院块压扑技 研模电拓电 智于平器输 网基电流直线 国定多换柔路国网智研院柔亚洲首个柔直输直团队牵头制电示范工程投入柔直发展趋势：向特高压国内柔直工程起步较晚但

19、发痼 年，国内则始于2010年，但; 外工程也已向 600kV2G WW图柔直发展趋势电压等级kV+ 800 输送容量：IOMW:海外工程中国工程+ 600 -L /inn柔直换流阀：南瑞独占鳌换流阀作为柔性直流输电的国内主要的柔直换流阀供应f 市）、许继电气（许继集团、 阀投运容量份额约44%,荣信图柔直阀的市场份额（按照已海外海风柔直工程：逐渐欧洲海风柔直代表性工程于近 设商。海外海风柔直工程主要 为主要建设商，整体功率近年以DOIWin5为例，DOlWin5日 电缆,通往HamSWehnJm z DoIWin 5通过新技术消除了每表海外海风柔直工程情况序号工程名称投运年份建1DoIWin

20、I20152BolWin220153HeIWinI2015匹欧洲海风柔直工程：海风300亿欧元投建北海柔直电网，哲成为主流。TenneT提高了单个系 从900MW提升到了2GW,在提干 时减少对环境的影响约50%,高H 柔直外送将成为主流。欧洲海风柔直参与者主要还是以Il为主，国内玩家参与门槛较高。目智研院/中电普瑞/美国MCDerm( 国BorWin 6海上风电柔性直流输底980MW,电压320kV0图TenneT的2GW柔直输电系统特高压直流&海风柔直市结论：乐观&中性预测下,2324252630 年特高压直流换流阀&海风柔直总市场空间分别为48/121/151/644&48/常直 柔直

21、LCC VSC 单换9/103/436亿元。乐观LCC VSC LCC VSC LCC VSC 总市 中性 LCC VSC LCC VSC LCC VSC 总市特高压直流&海风柔直市重点标的订单利润测算:测算范：以24-25年预测开工的收入&利润的节奏为第一年到第三4许继电气：假设：D公司LCC换流阀（常直） 率为50%; 2）换流阀净利率均为3结论：乐观/中性预期下; 12%55%100%8t12%47%7（许继E 乐观预期LCC换流阀订单空间（ VSC换流阀订单空间（ 海风柔直阀订单空间（ 总订单空间（亿元） 净利率 总利润空间（亿元） 实现利润（亿元） 22车利润（左呈箱测）国电南瑞：特

22、高压柔直领军i公司是能源互联网整体解决方案指 能化为核心的能源互联网整体解以 公司是国内柔直输电技术的引领吉 成立南瑞联研半导体公司，研发Il 着特高压柔直外送+远海风柔直外 盈利预测：我们预计23-25年归母风险提示：电网投资不及预期、装表国电南瑞分业务景气度判断止务板块 业务景气度判断（3-5-电网安全稳定分析控制.高（预计GR15 求提升J电网调度自动化.电网自动化及电力市场”工业控制. 用电自动化.变电保护及自动化.高（直计GR15 高（强计GR15 较高（预计GR=I 中（预计GR=Al 中（琅计GRSl配电自动化.许继电气：特高压直流迎来量 传统主业稳健发展，产品覆盖各环流装备的电

23、力装备制造商及系统解 需求旺盛，收入有望维持20%左左一次设备配套公司风光储业务，收流换流阀的老牌玩家,场份额仅次于国电南瑞（中电普瑞 直换流阀技术布局多年，投运容量定中标，先后中标如东海风柔直工 50%o未来随着柔直渗透率的提高 盈利预测：我们预计公司23-25年 风险提示：电网投资不及预期、特图许继柔直换一次设备龙头，直.交流特高压输 高低压开关、换流阀等电力自动化 多端柔直、鲁西背靠背柔直工律 产品拓展完善矩阵，新能源标杆项智慧电网板块的拓展，目前已完成 力电子变压器及高压级联储能装置 盈利预测：根据Wind一致预期，1 +21%38%30%o风险提示：电网投资不及预期、特图特高压直流线

24、触毓阀中标份额情况、 （2010-2021年历史累计口径）换流阀荣信汇科：柔性输电换流阀G柔性交直流输电专精小巨人，技术等高端装备研发、制造、销售及服 柔性交流输电成套装置（FACTS） 专注高压大功率电力电子技术，T 已实现鲁西背靠背、渝鄂背靠背、 同时FACTS产品系列的静止同步补 口至欧洲、洲、大洋洲和1匕美洲表公司柔性直流输电成套装置（E投资建议投资建议：特高压柔性直流 用有望快速启动。柔直换流出 直换流阀的头部供应商。柔冒 未上市）、中国西电。国产才 支撑电容国产化进程加速，a图表：相关公司估值表（截至2023年12月8日）证券代码公司总市值股价（元（亿元）/股）21.26?0彳1600406.SH 国电南瑞1,70800040。*71许维市与707精选【】。J