柔直技术渗透率提升，特高压建设或迎高峰，柔性直流输电产业初探

前言：过完春节就要进入两会周期，大型工程项目的上马就会成为这一阶段的主旋律，实际无论哪个领域，都需要新技术来推动市场的进一步发展，本篇就来说说特高压的关键新技术，柔性直流输电技术。

一，认识柔性直流输电

柔性直流输电（VSC-HVDC）是一种继交流输电、常规直流输电后的新型直流输电方式。柔直系统通过两端的换流站实现两个交流网络之间的相互传送，具有控制灵活方便、扩展性好等优点，是提升可再生能源接纳能力、增强电网稳定性和灵活性、支撑电网变革的重要手段。柔性直流输电采用电压源换流器(VSC)，是柔性直流输电区别于常规直流输电的关键部分。电压源换流器在桥臂中用可控电力电子管（IGBT、IGCT）取代传统直流的晶闸管，通过可关断器件和脉宽调制技术，精确控制换流站输出的电压幅值和相位，有效提升电网输送能力和安全稳定水平。

柔性直流系统构成的核心设备包括柔性直流换流阀、电抗器、换流变压器、高压直流断路器、以及输电控制保护系统等。目前我国绝大部分柔性直流输电工程均采用半桥式子模块的模块化多电平换流器拓扑结构，单个换流器一般由三个相单元即六个桥臂组成，每个桥臂由阀组件及桥臂电抗器组成，每个相单元由两个桥臂构成，两个桥臂的连接点通过柔直变压器与交流系统联接。

二，细分赛道

1.柔性直流换流阀

根据观研天下的统计， IGBT 为最核心零部件，在换流阀总价值量中占比 40%-50%，其次为电容器，占比 25%-30%，其他为旁路开关、阀控系统、阀冷却系统、结构件、绝缘件等。与传统直流输电工程所用的半控晶闸管不同，柔性直流工程中的换流阀通常采用全控型的 IGBT，通过极控、阀控以及子模块级控制实现各种功能。其中，极控系统根据直流系统控制目标生产调制波指令；阀控系统接收指令后进行解析与下达,每个子模块的投切指令；子模块级控制系统控制 IGBT 器件的开通和关断,实现直流电容的投入或切除,拟合形成不同幅度和相角的交流电压。

电抗器主要用于换流阀的直流侧，将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值，从而保持整流电流的连续性，减小电流脉动值，改善输入功率因数，并抑制变流装置产生的谐波。柔直输电中使用的桥臂电抗器主要起到抑制桥臂间环流和抑制短路时上升过快的桥臂故障电流的作用，其在运行中需承受电流幅值相当的交直流复合大电流，因此既要考虑基于电感分布的交流电流分配特性，也要考虑基于电阻分布的直流电流分配特性。

3.换流变压器

换流变压器能够将交流系统的电能送到换流阀，也可以从换流阀接收电能送到交流系统的变压器设备。应用于柔直输电的变压器可采用单极/双极等多种接线方式，在电压等级较高、传输功率较大的情况下为了避免受变压器容量的限制,可以采用柔直变压器并联或者柔直换流器串联的方式将传输功率分配给两组或多组变压器，实现在交流系统连接点与一个或多个电压源换流器单元之间传输电能。

4.高压直流断路器

高压直流断路器作为直流换电站的核心电气保护组件，对保障直流系统安全、经济、灵活运行意义重大，可以在发生故障时迅速断开电路，能够有效隔离故障区域和故障点，实现线路的安全并离网。这一功能也是直流输电单条线路向多端的直流电网，乃至更为庞杂的直流系统的升级发展的关键。

5.柔性直流输电控制保护系统

直流控保系统为直流输电工程换流站提供起控与保护作用。换流阀接收直流控保系统的指令，通过 IGBT 驱动并转换为开关信号控制 IGBT 的导通关断，实现了两个换流站之间的直流电能的可控传输，独立保护每一重的测量回路、电源回路、出口跳闸回路及通信接口回路；同时，还可以根据需求提供电网的补偿支撑，通过网络安全监测装置采集换流站监控层的服务器、工作站、网络设备和安防设备自身感知的安全数据及网络安全事件，实现对网络安全事件的本地监视和管理。

三，市场需求

柔性直流是解决新能源消纳、长距离输送及电网安全的重要途径。

1.长距离输送带来新挑战，柔性直流优势凸显

风电、光伏发电占比呈现上升趋势，新能源发电已成新型电力系统的主动脉。集中式光伏和海上风电的长距离输送带来新挑战。由于集中式光伏需要建设在人烟稀少地貌广阔且阳光资源充足的位置，然而我国的经济重心在东南沿海地区，其用电需求远高于人烟稀少的西北地区，供需不匹配导致“弃光”现象严重。为了解决消纳问题，需要通过特高压长距离输送将电力送往东部的符合地区。海上风电由于远海的风能资源丰富和风电场规模大型化对作业空间的刚性要求，深远海化将是未来趋势，更长的输电距离对于传输过程中的安全稳定性要求将会更严格。

2.换相失败是长距离常规直流输电最常见的故障之一。

多馈入直流系统中单一交流故障就能引发多回直流同时换相失败，故障期间多个换流站同时吸收大量无功，拉低受端电网交流电压，可引发区域性电压凹陷甚至失稳，进而影响跨区域电网间的联络。柔性直流输电相较于常规直流输电有多项优势，不存在换相失败问题。

四，市场前景

1.相比交流输电，柔直最大的问题为经济性不强，核心零部件成本高。

核心零部件 IGBT 在换流阀总价值量中占比 40%-50%，90%以上的 IGBT 器件依赖进口且价格较高，导致建设成本高昂。国产替代是降本关键。

2.应用场景多样，发展前景广阔

目前，柔性直流输电技术已在风电送出、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，南方电网已明确提出“新建直流受端以柔性直流为主，存量直流逐步实施柔性直流改造”，由此可见，柔性直流输电作为新能源并网消纳、电网互联和远距离输电的重要方式，发展前景十分广阔。

3.柔性直流输电技术主要在陆上输电、海上送出和直流背靠背电网柔直互联等方面发挥重要作用。

1）陆上：柔性直流输电技术能够实现长距离输电，实现偏远地区的供电。

2）远海风电：高压交流输电技术受海缆电容效应限制，长距离交流电缆充电功率过大会引起电压升高等问题，不能满足大容量、远距离海上风电输送的需求。柔性直流输电无充电功率限制，可有效降低风电间歇性对电网稳定性的影响，可为海上风电场提供稳定的并网电压，系统运行方式调控灵活，是解决远海风电并网消纳的理想方案。

3）电网互联：我国能源与负荷分布不均衡，城市电网常面临本地电源支撑不足、建设难度大成本高等问题，柔性直流技术的灵活性和快速的控制能力适用于城市电网的柔性分区互联，可改变原有分区间交流弱互联的局面，增强分区间的互济，提高区域供电的可靠性及灵活性。

五，相关上市公司

传统直流输电中，变压器的损耗和投资额占比较高，分别达到 51.6%和 54%，换流阀的损耗和投资额占比为 36.7%和 27%；柔性直流输电中，换流阀的损耗和投资额中占比较高，达到 70.6%和 57%，变压器的设备损耗和投资额占比为 23.5%和 29%。柔直阀单 GW 金额最低 2.10 亿元，最高 4.73 亿元，价值量高于常规换流阀。民生证券认为柔直换流阀的价值量约是常直换流阀的 5 倍，有望为换流阀厂商带来更高的业绩弹性。

国电南瑞：电力设备龙头，聚焦 IGBT 核心技术

聚焦 IGBT 核心技术，工业互联板块实现突破。公司为智能电网电力电子装备国产化所研发的高功率 IGBT，在交通、电动汽车、工业控制领域取得应用。除 3300 伏 IGBT 成功在轨交应用外，1700 伏、1200 伏 IGBT 以及第三代半导体碳化硅 MOSFET 多款产品达到量产条件，在电动汽车、充电桩、工业控制领域应用广泛，4500 伏、6500 伏 IGBT 产品技术开发进展有序。具备年产 25万只 IGBT 模块生产能力的封装测试生产线已经投运，为 IGBT 产业化打下坚实基础。电网产品体系完善。公司产品线涵盖发、输、变、配、用、调度、信息通信等各领域，从电力生产、传输到分配全过程，从传统水电、火电到风电、光伏等新能源发电，从大型发电站并网到分布式电源接入，从特高压、超高压、高压到中低压，从特大型交直流一体化输电网到微型配电网的采集监测、调度控制、继电保护等全系列电力二次技术、产品和服务，具备了全面支撑电网建设、参与国际市场竞争和引领电力自动化技术发展方向的能力。此外公司不断完善节能环保、工业、轨道交通、市政公用等领域产业，打造更加完整的产业链。网内&网外&海外齐发力。2023 年上半年，公司新签合同 259亿元，同比增长 8.51%。网内方面公司稳中有进，国网公司总部集招输变电设备、电能表等产品中标份额持续提升，同时中标陇东-山东工程的换流阀、测量设备以及首个省网“嵌入式直流”—扬镇工程的换流阀、控保、测量设备，落地南网双调抽蓄电站；网外方面公司也呈现良好的增长势头，新签合同同比增长 27.91%。国际业务方面快速回暖，公司成功签订巴西 CPFL 控保屏柜、印尼 AMI 主站系统等重大项目，中标智利智能电表供货项目、智利首个高压直流控保项目和荷兰壳牌风能制氢柔直设计咨询项目。

许继电气：二次设备龙头，直流输电系统受益特高压建设加速

国网招标趋势向好，网内订单充裕。在国网第六十八批采购（特高压项目第五次设备招标采购）推荐的中标候选人公示中，公司预中标约 6.19 亿元国家电网特高压设备项目，换流阀金额约 61118.60 万元，二次设备（交流工程）金额约 752.81 万元。此外，公司智能电表在国网招标份额领先，根据国网 23 年第一批电能表招标情况，国网电能表 1 批 A 级单相智能电能表，公司中标排名为第二名，中标总金额 1.02 亿元，金额占比 2.58%。网外业务稳步提升，多个领域逐步突破。公司大功率超级液冷充电桩、大功率充电弓、特种工程车辆充电设备等新产品，处于市场推广阶段。公司大功率超充桩 HPC61-600A/1000V 单枪输出功率最大 600 千瓦，最大电流 600安、支持最大电压 1000 伏；在应用方面，和长安阿维塔、奇瑞等车厂合作，实现液冷充电桩小批量应用。充电桩目前在泰国已有小批量订单交付。在虚拟电厂领域，可为虚拟电厂项目建设提供一体化解决方案，目前已研制虚拟电厂运营管理平台及可调资源管控终端产品，并成功应用于宁夏、湖北虚拟电厂等项目。加强开拓国际市场，紧跟“一带一路”步伐。公司中标意大利电力公司 2023 年大用户计量采购项目，电表产品首次突破欧洲市场，并为智利 AMI及电表一期及二期、乌干达农村电气接入等项目提供设备供货、调试等服务。德理施尔公司负责执行的沙特智能环网柜采购项目，实现配电产品批量出口中东市场。子公司保自公司、电源公司等为巴基斯坦迈拉开关站、智利 KILO 直流、缅甸光伏电站等项目提供直流电源、预制舱、保护及自动化等设备供货服务。

平高电气：电气开关龙头企业，直流输电系统受益特高压建设加速

特高压建设加速公司招标份额稳中有进，24 年电网建设投资总规模超 5000 亿元。公司 2023 年中标多轮国网项目，业绩大幅增长。国网称 2024年将加快建设特高压和超高压等骨干网架，预计电网建设投资总规模将超 5000 亿元，以特高压和超高压为骨干网架，以各级电网为有力支撑，以“大云物移智链” 等现代信息技术为驱动，以数字化智能化绿色化为路径，继续加大数智化坚强电网的建设，促进能源绿色低碳转型，推动阿坝至成都东等特高压工程开工建设。围绕数字化配电网、新型储能调节控制、车网互动等应用场景，打造一批数智化坚强电网示范工程，公司作为涵盖输配电设备及其核心零部件的龙头企业将深度受益。国际业务迎来复苏。22 年公司国际业务实现营收 2 亿元，同比增长 12.38%，但受国际政治经济形势影响，部分海外项目被取消或延期执行，同时原材料、运输费等成本高涨，最终造成国际业务亏损。23 年公司轻装上阵，国际业务有望迎来复苏。根据公司 2023 年半年报披露，公司高质量服务“一带一路” 共建，签订南非工商业储能一体机供货项目，中标意大利国家电力公司高压开关设备供货项目，再次挺进欧洲高端市场。签订印尼南苏电气一体化工程总包项目，实现海外业务新发展。