電網(wǎng)行業(yè)深度：柔直滲透率加速提升把握特高壓新技術(shù)大機(jī)遇

目錄新一代直流輸電技術(shù)，提升電網(wǎng)輸送能力和安全水平 3柔性直流是解決新能源消納、長距離輸送及電網(wǎng)安全的重要途徑 7長距離輸送帶來新挑戰(zhàn)，柔性直流優(yōu)勢凸顯 7核心零部件成本高，國產(chǎn)替代降本空間大 10柔直應(yīng)用場景多樣，海內(nèi)外已有多項(xiàng)目投運(yùn) 11應(yīng)用場景多樣，發(fā)展前景廣闊 11場景一：陸上柔直 12場景二：海風(fēng)外送柔直 13場景三：背靠背電網(wǎng)柔直互聯(lián) 16柔直滲透率提升為換流閥廠商帶來高業(yè)績彈性 17投資建議 19行業(yè)投資建議 19重點(diǎn)公司 20風(fēng)險提示 26插圖目錄 27表格目錄 27新一代直流輸電技術(shù)，提升電網(wǎng)輸送能力和安全水平（VSC-HVDC）柔性直流輸電采用電壓源換流器(VSC)，是柔性直流輸電區(qū)別于常規(guī)直流輸電的關(guān)鍵部分。電壓源換流器在橋臂中用可控電力（IGBT圖1：柔性直流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)資料來源：南方電網(wǎng)，民生證券研究院換流站是柔性直流輸電系統(tǒng)最主要的部分。根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)可以分為整流站和和可控性。圖2：柔性直流輸電系統(tǒng)原理示意圖資料來源：銀河電氣，民生證券研究院采用半橋式子模塊的模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單個換流器一般由三個相單構(gòu)成，兩個橋臂的連接點(diǎn)通過柔直變壓器與交流系統(tǒng)聯(lián)接。圖3：模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 資料來源：國家標(biāo)準(zhǔn)《柔性直流輸電用變壓器技術(shù)規(guī)范》，民生證券研究院根據(jù)觀研天下的統(tǒng)計(jì)，40%-50%25%-30%IGBT，通過極控、閥控以及子閥控系統(tǒng)接收指令后進(jìn)行解析與下達(dá),每個子模塊的投切指令；子模塊級控制系統(tǒng)控制器件的開通和關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)直流電容的投入或切除,擬合形成不同幅度和相角的交流電壓。圖4：柔性直流換流閥的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖5：柔性直流輸電控制系統(tǒng)架構(gòu) 資料來源：郭賢珊《高壓大容量柔性直流換流閥可靠性提升關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用》，民生證券研究院

資料來源：郭賢珊《高壓大容量柔性直流換流閥可靠性提升關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用》，民生證券研究院間環(huán)流和抑制短路時上升過快的橋臂故障電流的作用，其在運(yùn)行中需承受電流幅要考慮基于電阻分布的直流電流分配特性。圖6：龍門換流站的橋臂電抗器 資料來源：中國電力新聞網(wǎng)，民生證券研究院接收電能送到交流系統(tǒng)的變壓器設(shè)備。應(yīng)用于柔直輸電的變壓器可采用單極/圖7：大容量柔性直流雙極輸電系統(tǒng)連接方式 圖8：張北±500kV柔性直流輸電工程的換流變壓器資料來源：國家標(biāo)準(zhǔn)《柔性直流輸電用變壓器技術(shù)規(guī)范》，民生證券研究院

資料來源：特變電工產(chǎn)品，民生證券研究院條線路向多端的直流電網(wǎng)，乃至更為龐雜的直流系統(tǒng)的升級發(fā)展的關(guān)鍵。圖9：直流斷路器示意圖 資料來源：思源電氣新聞，民生證券研究院柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)：直流控保系統(tǒng)為直流輸電工程換流站提供起控事件的本地監(jiān)視和管理。柔性直流是解決新能源消納、長距離輸送及電網(wǎng)安全的重要途徑IEAWorldEnergyOutlook20222035OECD2030202110%41%54%24%2040圖10：2040年全球?qū)崿F(xiàn)凈零排放目標(biāo)的推演 資料來源：EMBER，民生證券研究院集中式光伏和海上風(fēng)電的長距離輸送帶來新挑戰(zhàn)。由于集中式光伏需要建設(shè)在人煙稀少地貌廣闊且陽光資源充足的位置，國內(nèi)大部分光伏基地集中于西北地（新疆、甘肅、寧夏等需要通過特高壓長距離輸送將電力送往東部的符合地區(qū)。海上風(fēng)電由于遠(yuǎn)海的風(fēng)能資源豐富和風(fēng)電場規(guī)模大型化對作業(yè)空間的剛性要多直流換相失敗影響范圍將更大，電網(wǎng)或面臨更大的系統(tǒng)風(fēng)險。圖11：新能源送出消納示意圖 資料來源：國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，民生證券研究院換相失敗是長距離常規(guī)直流輸電最常見的故障之一。換相失敗的主要原因是交流系統(tǒng)故障使得逆變側(cè)換流母線電壓下降，常規(guī)直流輸電采用電網(wǎng)換相換流器(Line-Commutated200ms運(yùn)行不會對電網(wǎng)造成危害。多饋入直流系統(tǒng)中單一交流故障就能引發(fā)多回直流同時換相失敗，故障期間至失穩(wěn)，進(jìn)而影響跨區(qū)域電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)。圖12：換相失敗前后電壓電流波形 圖13：多回直流同時換相失敗后引發(fā)區(qū)域性電壓凹陷資料源：國智電研院生證研院 資料源國智電研院生證研院柔性直流輸電相較于常規(guī)直流輸電有多項(xiàng)優(yōu)勢，不存在換相失敗問題。大大減少了征地范圍。可控，與電流的方向無關(guān)，從原理上避免了換相失敗問題，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性。直流輸電系統(tǒng)。以是無源網(wǎng)絡(luò)，為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電提供技術(shù)支持。比較項(xiàng)目常規(guī)直流比較項(xiàng)目常規(guī)直流柔性直流電流形式 直流電 直流電電源形式 直流源 電壓源工程數(shù)據(jù)：±500KV最大電壓

理論數(shù)據(jù)：±800KV換流閥件 半控晶管 全控?fù)p耗 較小 較大無功補(bǔ)償 需要 不需要交流系支撐相 需要 不需要站間通訊 需要 不需要潮流反改變制策略 需要 不需濾波+并電容，濾波要求

諧波較大

小型濾波器，諧波較小功率潮流 只可控有功 有功無分別制換相問題 有換相敗 無換相敗交流并網(wǎng) 需要交系統(tǒng)持換相 可支持緣交系統(tǒng)占地面積占地面積大小資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,民生證券研究院核心零部40%-50%，90%500kV秋藤變江南側(cè)主變，新建秋藤—綠博園3回220kV8.85億元的成本，在經(jīng)濟(jì)性上具有一定的劣勢。圖14：交流/直流方案經(jīng)濟(jì)性比較 資料來源：《柔性直流輸電技術(shù)在江蘇電網(wǎng)的應(yīng)用研究》蔡暉等，民生證券研究院相關(guān)項(xiàng)目 項(xiàng)目情況 工程累投入時代電氣大力投入研發(fā)國產(chǎn)并取得優(yōu)秀的結(jié)果，國電南瑞自主研發(fā)的4500V/3000A650V-4500V表2相關(guān)項(xiàng)目 項(xiàng)目情況 工程累投入國電南瑞南瑞聯(lián)研4500V壓接式IGBT模塊小試生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目

已完工 2243萬元國電國電瑞B(yǎng)T塊封測試產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目 已完工 1.35億元時代電氣高壓IGBT芯片生產(chǎn)線改造及擴(kuò)能項(xiàng)目資料來源：國電南瑞公告，時代電氣公告，民生證券研究院整理

正在進(jìn)行 4.95億元柔直應(yīng)用場景多樣，海內(nèi)外已有多項(xiàng)目投運(yùn)203350速，預(yù)計(jì)到2030年總裝機(jī)將達(dá)到12TW。目前，柔性直流輸電技術(shù)已在風(fēng)電送圖15：海內(nèi)外柔直項(xiàng)目 資料來源：《昆柳龍工程成套設(shè)計(jì)及柔性直流應(yīng)用展望》饒宏，民生證券研究院柔性直流輸電技術(shù)主要在陸上輸電、海上送出和直流背靠背電網(wǎng)柔直互聯(lián)等方面發(fā)揮重要作用地區(qū)的供電的控制能力適用于城市電網(wǎng)的柔性分區(qū)互聯(lián)，可改變原有分區(qū)間交流弱互聯(lián)的局面，增強(qiáng)分區(qū)間的互濟(jì)，提高區(qū)域供電的可靠性及靈活性。圖16：海上風(fēng)電柔直系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 圖17：西南電網(wǎng)柔直異步互聯(lián)新格局 資料源國電，生券院 資料源《球源聯(lián)》振亞民證研院我國歷史已有多個柔性直流項(xiàng)目。2022322提升。柔性直流工程建成時間柔性直流工程建成時間電壓等級（千伏）容量（MW）線路長度（千米）上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程2011±30209中海油文昌柔性直流輸電工程一期/二期2011/2012±104/8-南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程2013±16020041浙江舟山±200千伏五端柔性直流科技示范工程2014±200400142廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程2015±320100011魯西背靠背柔性直流工程2016±3501000-大連跨海柔性直流輸電示范工程2016±320100050渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程2019±4204*1250-張北柔性直流電網(wǎng)工程2020±5003000666昆柳龍柔性直流工程2020±80080001452江蘇如東海上風(fēng)電柔性直流輸電工程2021±4001100108粵港澳大灣區(qū)直流背靠背電網(wǎng)工程2022±3004*1500-白鶴灘-江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程2022±80080002080資料來源：北極星智能電網(wǎng)，民生證券研究院2020是800（此前全球最高柔直電壓等級為±550242.492330電網(wǎng)與中車共同研發(fā)的柔性直流IGBT成功應(yīng)用到工程中，打破了國外少數(shù)廠家的壟斷。2022780080020805全球首個混合級在建設(shè)中首次研發(fā)應(yīng)用直流輸電技術(shù)，直流技術(shù)，高端部分則使用常規(guī)直流技術(shù)，解決了直流存在的換相失敗、不能接入弱交流系統(tǒng)等問題，可有效提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。圖18：昆柳龍工程示意圖 圖19：混聯(lián)直流單極結(jié)構(gòu)示意圖 資料源南電，海電業(yè)協(xié)，生券究院 資料源《鶴灘—蘇高合級直工數(shù)仿平構(gòu)建及特性研究》雷霄，楊立敏等，民生證券研究院50km20~40kW有資源開發(fā)等因素影響，近海風(fēng)電項(xiàng)目的站址資源日趨緊張，而離岸距離大于70km10的柔直輸電技術(shù)具有損耗低，諧波含量小、可靠性高等優(yōu)勢，適合遠(yuǎn)海風(fēng)電送出。圖20：海上風(fēng)電35kV匯集直流送出拓?fù)浼爸骰芈肥疽?資料來源：《遠(yuǎn)海風(fēng)電送出技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》李鋼、田杰等，民生證券研究院海外BorWinDolWinSylWin其中，DolWin1是全球第一個電壓等級達(dá)到320千伏的海風(fēng)柔直輸電項(xiàng)目，DolWin5是世界上第一個無需海上升壓站的海風(fēng)柔直送出工程；而DolWin2是目前世界上已投運(yùn)的輸送功率最大DolWin5站。工程名稱投運(yùn)年份建設(shè)商功率段電壓等級工程名稱投運(yùn)年份建設(shè)商功率段電壓等級距離（公DolWin12015ABB（MW800（千伏）±320里）165BorWin22015西門子800±300200HelWin12015西門子576±250130.5SylWin12015西門子864±320205DolWin22017ABB916±321135HelWin22015西門子690±322130.5DolWin32017Alstom900±323161BorWin32019西門子900±324160DolWin52024ABB900±325135DolWin62023西門子900±32690資料來源：《大規(guī)模海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和展望》劉衛(wèi)東等，民生證券研究院國內(nèi)直輸電示范項(xiàng)目和射陽海風(fēng)柔直輸電項(xiàng)目。江蘇如東海風(fēng)柔直輸電項(xiàng)目：該項(xiàng)目分別在海上和陸上各建設(shè)1座換流站，7099纜及9公里陸纜連接。柔直輸電系統(tǒng)采用對稱單極接線，直流電壓等級±400千伏、輸送容量為1100MW。如東縣東部黃沙洋海域有三個風(fēng)電場群，其中H6、H10容量為400MW，H8容量為300MW，該項(xiàng)目在每個風(fēng)電場內(nèi)各設(shè)置1座220千伏的海上升壓站，風(fēng)電機(jī)組通過場內(nèi)35千伏集電系統(tǒng)接入海上柔直換流站，后續(xù)通過直流電纜和陸上換流站，最后并入500千伏陸上交流電網(wǎng)。圖21：如東海上風(fēng)電柔直輸電項(xiàng)目送出方案資料來源：《大規(guī)模海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和展望》劉衛(wèi)東等，民生證券研究院1GW2506562203220上升壓站相連。陸上換流站位于射陽河入?？谀蟼?cè)，接入500千伏射陽變電站。陸上換流站之間通過單回直流海纜連接，直流海纜單根長度約86公里。圖22：射陽海上風(fēng)電柔直輸電項(xiàng)目送出方案資料來源：《大規(guī)模海上風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和展望》劉衛(wèi)東等，民生證券研究院陽江青州柔直輸電項(xiàng)目：23年1138500kV1500kV1500kV202221.5GW500kV80%。投運(yùn)時間直流電壓（kV）功率段投運(yùn)時間直流電壓（kV）功率段（MW）國家工程名稱EaglePassB2B 美國、西哥 36 ±15.9 2000MackinacB2B 美國 200 ±70 2014ClovisTresAmigasSuperStation云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)背靠背異步聯(lián)網(wǎng)工程渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程

美國、西哥 750 ±300 2014中國 1000 ±350 2016中國 1250 ±420 2018中國 1500 ±300 2022中國 1500 ±300 2022資料來源：《新一代高性能柔性直流背靠背技術(shù)及工程應(yīng)用》侯婷等，民生證券研究院柔直滲透率提升為換流閥廠商帶來高業(yè)績彈性51.6%54%，換流閥的損耗和投資額36.7%27%；70.657%，23.5%29%。圖23：常直和柔直輸電主設(shè)備損耗比較 圖24：常直和柔直輸電主設(shè)備投資比較 換流閥 變壓器 其他00%100%80%00%100%80%80%60%60%40%40%20%0%

換流閥 變壓器 其他傳統(tǒng)直流輸電 柔性直流輸電

傳統(tǒng)直流輸電 柔性直流輸電資料來源：《柔性直流輸電技術(shù)的工程應(yīng)用和發(fā)展展望》饒宏等，民生證券研究院

資料來源：《柔性直流輸電技術(shù)的工程應(yīng)用和發(fā)展展望》饒宏等，民生證券研究院柔直閥單GW2.104.73。站3GW柔直閥的單GW金額為4.73億元，龍門站5GW柔直閥單GW金額為3.42GW0.49直閥/常直閥的單GW金額分別為2.1/1.2億元。考慮到白鶴灘-江蘇項(xiàng)目低端部分采用了柔性直流技術(shù)，高端部分則使用常規(guī)直流技術(shù)，故單GW參考昆柳龍工程，柔直換流閥價格遠(yuǎn)高于常直換流閥。表6：各項(xiàng)目常直/柔直閥采購金額與單GW金額測算項(xiàng)目 站點(diǎn) 柔直/直 容量（GW） 金額（元）

單GW金額（億元/GW）昆柳龍

昆北站 常直 8 3.96 0.49柳北站柔直柳北站柔直314.204.73白鶴灘-江蘇白鶴灘-江蘇白鶴灘虞城常直混合889.5616.771.202.10資料來源：南方電網(wǎng)，國家電網(wǎng)，國際電力網(wǎng)，北極星輸配電網(wǎng)，民生證券研究院測算14.2014.2=a+3b17.12可得17.12=a+5b，由此可得規(guī)模為8GW換流站中柔直換流閥的價值量為21.5億元，與昆北站的常直換流閥投資金額相比較，可以得出柔直換流閥的價值量約是常直換流閥的5倍，有望為換流閥廠商帶來更高的業(yè)績彈性。投資建議投資建議：&解之一，國網(wǎng)十四五規(guī)劃“24交14GIS代碼簡稱股價EPS（元）代碼簡稱股價EPS（元）EPSPE（倍）評級600406.SH國電南瑞（元）22.472023E0.922024E1.072025E1.2423-25CAGR16%2023E252024E212025E18推薦000400.SZ許繼電氣21.410.931.261.5328%231714推薦600312.SH平高電氣13.250.600.811.0633%221612推薦Wn4年2月8）重點(diǎn)公司公司從成立初（電網(wǎng)自動化及工業(yè)控制、繼電保護(hù)及柔性輸電、電力自動化信息通信、發(fā)電及水利環(huán)保。同時，業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)&化信息通信、繼電保護(hù)及柔性輸電、發(fā)電及水利環(huán)保等。公司18-22CAGR分別為13%12%，2023285.6711.50%；歸母凈41.6114%，盈利能力穩(wěn)健。IGBT在交通、電動汽車、工業(yè)控制領(lǐng)域取330017001200MOSFET650025工業(yè)、軌道交通、市政公用等領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)，打造更加完整的產(chǎn)業(yè)鏈。核心邏輯三：網(wǎng)內(nèi)&網(wǎng)外&海外齊發(fā)力。20232598.51%27.91際業(yè)務(wù)方面快速回暖，公司成功簽訂巴西CPFL控保屏柜、印尼AMI主站系統(tǒng)23-25年的營收分別為538.07、609.57687.6414.913.3%、12.8%；歸母凈利潤分別為73.6785.6299.3314.316.216%202428日收盤價對應(yīng)公司23-25年P(guān)E為25X、21X、18X。維持“推薦”評級。項(xiàng)目/年度2022A項(xiàng)目/年度2022A2023E2024E2025E營業(yè)收入（百萬元）46,82953,80760,95768,764增長率（%）10.414.913.312.8歸屬母公司股東凈利潤（百萬元）6,4467,3678,5629,933增長率（%）14.214.316.216.0每股收益（元）0.800.921.071.24PE28252118PB4.33.83.43.1Wn4年2月8）1997業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)&公司業(yè)務(wù)板塊涵蓋：1）智能變配電系統(tǒng)：配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、智能變電站系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、變電站監(jiān)控系統(tǒng)；2）直流輸電系統(tǒng)：5）電動汽車智能充換電系統(tǒng)：電動汽車充換電設(shè)備、電力電源；6）EMS加工服務(wù)。業(yè)績：收入利潤穩(wěn)中有升。公司18-22年收入和利潤C(jī)AGR分別為16%和40%，2023106.6416.98%；歸母7.7219%。（高壓項(xiàng)目第五次設(shè)備招標(biāo)采購6.1961118.60（交流工程）752.81231A1.022.58%。公司大功率超級液冷充HPC61-600A/1000V6006001000可為虛擬電廠項(xiàng)目建設(shè)提供一體化解決方案，目前已研制虛擬電廠運(yùn)營管理平臺及可調(diào)資源管控終端產(chǎn)品，并成功應(yīng)用于寧夏、湖北虛擬電廠等項(xiàng)目。2023AMIKILO23-25181.98、220.20、256.5522%、21%、9.4912.8715.5524.9%、35.7%、20.8%20242823-2523X、17X、14X。維持“推薦”評級。外市場開拓不及預(yù)期風(fēng)險。盈利預(yù)測與財(cái)務(wù)指標(biāo)項(xiàng)目/年度2022A2023E2024E2025E營業(yè)收入（百萬元）14,91718,19822,02025,655增長率（%）24.422.021.016.5歸屬母公司股東凈利潤（百萬元）7599491,2871,555增長率（%）4.824.935.720.8每股收益（元）0.750.931.261.53PE29231714PB2.22.01.81.6Wn4年2月8）加速2001221業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)&40.5～1100SF612～1100SF610～112072.5～550220～1100～40.5千伏～220業(yè)績：2318-22CAGR-3.77%和-7.23%；20238.15284%左右；預(yù)計(jì)7.7285%Q42.63674%20%左右。245000202320245000222202323-25115.99143.00172.9825.123.38.1511.0014.41億元，增速分別為284.0%、35.0%、31.1%，對應(yīng)2024年2月8日收盤價為基準(zhǔn)，公司23-25年P(guān)E分別為22X、16X、12X，維持“推薦”評級。項(xiàng)目/年度2022A項(xiàng)目/年度2022A2023E2024E2025E營業(yè)收入（百萬元）9,27411,59914,30017,298增長率（%）0.025.123.321.0歸屬母公司股東凈利潤（百萬元）2128151,1001,441增長率（%）199.7