培訓課件：柔性直流輸配電市場分析

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：孫彬日期

：November29,2016柔性直流輸配電市場分析報告主要結(jié)論市場集中度和競爭狀況：目前，柔性直流工程技術(shù)、設(shè)備制造都掌握在以國家電網(wǎng)有限公司為首的學術(shù)、產(chǎn)業(yè)集群，相關(guān)核心設(shè)備供應(yīng)商多為旗下控股公司，市場高度集中工程核心在于換流閥、直流控保系統(tǒng)、直流斷路器以及上游IGBT等供應(yīng)鏈條。未來市場應(yīng)用場景：長期來看，遠海風電、主動配網(wǎng)、異步并網(wǎng)等電網(wǎng)升級需求的逐步增加，將帶動柔性直流輸電工程的大范圍應(yīng)用。伴隨著成本進一步降低、技術(shù)進一步成熟，以及目前多個投運項目的經(jīng)驗，這一工程技術(shù)仍然具有廣闊的空間。風險：研發(fā)投入大，周期長；目前國網(wǎng)南網(wǎng)是主要客戶，但電網(wǎng)市場相對封閉，進入壁壘大，可能導致即使產(chǎn)品做出來也賣不出去的風險應(yīng)對措施：如確定做柔直相關(guān)設(shè)備，可考慮1.從海上風電切入，業(yè)主和招標人為風場業(yè)主，如三峽新能源等，利用集團產(chǎn)業(yè)配套切入市場；2.從海外市場切入，市場開放度相對較高3.從配網(wǎng)柔直切入，可降低研發(fā)投入，但未來市場是否明朗還不確定4.從其他細分場景切入，如海上鉆井平臺供電、大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)等柔性直流輸電市場分析01章節(jié)PART直流輸電技術(shù)發(fā)展路徑柔性直流輸電技術(shù)概述柔性直流輸電與常規(guī)高壓直流輸電對比柔性直流輸電的應(yīng)用柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展路線國內(nèi)外部分柔性直流工程及特點概要國內(nèi)主要柔性直流輸電工程柔性直流輸電的國產(chǎn)化及技術(shù)成熟度柔性直流工程造價及核心設(shè)備柔性直流核心設(shè)備市場壁壘及競爭格局柔性直流核心設(shè)備技術(shù)壁壘及風險直流輸電技術(shù)發(fā)展路徑直流輸電技術(shù)主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的基于晶閘管的相控換流器(Line-CommutatedConverter，LCC)的高壓直流輸電（LCC-HVDC）技術(shù)；另一種是新型的基于電壓源型變流器（VoltageSourceConverter，VSC）的柔性高壓直流輸電（VSC-HVDC）技術(shù)，是一種以可自關(guān)斷器件（IGBT）和脈寬調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的新型輸電技術(shù)。柔性直流輸電起源于20世紀90年代末。2004年，國家大電網(wǎng)會議（CIGRE）和美國電氣與電子工程將柔性直流技術(shù)正式命名為VSC-HVDCLCC-HVDCVSC-HVDC直流輸電技術(shù)發(fā)展路徑：柔性直流輸電的命名：國內(nèi)國外不同命名國際上通用術(shù)語VSC-HVDC中國HVDCFlexibleABB公司HVDCLight西門子公司HVDCPlusAlstom公司HVDCMaxSine資料來源：華創(chuàng)證券柔性直流輸電技術(shù)概述柔性直流輸電的“柔”主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的可控性上，可快速跟蹤交直流電網(wǎng)各類參數(shù)的變化，并根據(jù)指定的控制策略迅速做出相應(yīng)的調(diào)整。這種調(diào)整不僅迅速，而且平滑，對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊極小。柔性直流輸電系統(tǒng)可監(jiān)測其連接的受端交流電網(wǎng)的電壓，并實現(xiàn)快速追蹤，使其輸出電壓的波形與交流電壓波形同步。它不僅不需要交流電網(wǎng)提供無功補償，本身還能起到靜止同步補償器（STATCOM）的作用，可以動態(tài)補償交流系統(tǒng)的無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓，提高所連接系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。柔性直流可以實現(xiàn)多種電網(wǎng)物理量的有效控制：柔性直流可以靈活控制傳輸功率，實現(xiàn)電網(wǎng)中功率潮流的主動控制，并具有良好的故障后恢復(fù)能力。可提高間歇性清潔能源發(fā)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性和利用率。由柔性直流構(gòu)成的直流網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)大范圍清潔能源發(fā)電的出力互補，是保證大范圍匯集、靈活傳遞及分散消納的重要手段。資料來源：華創(chuàng)證券柔性直流輸電與常規(guī)高壓直流輸電對比柔性直流輸電技術(shù)是相對于常規(guī)直流輸電技術(shù)而言。相比于特高壓直流輸電，柔性直流輸電在具有常規(guī)直流的幾乎全部優(yōu)點的同時，還具有占地面積小、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、諧波小、不需無功支持、不會出現(xiàn)換相失敗、可獨立調(diào)節(jié)有功與無功功率、易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)，以及換流站間無需通信、功率潮流反轉(zhuǎn)快、故障后恢復(fù)快、可黑啟動、輔助設(shè)備少等諸多優(yōu)點。目前，常規(guī)高壓直流輸電的優(yōu)勢在于電壓等級，特高壓直流輸電距離可達2000公里以上，容量達8000MW，往往用于實現(xiàn)跨區(qū)域、跨國乃至跨洲際電力調(diào)配與互濟。目前，我國特高壓直流技術(shù)向±1100kV推進，輸電距離也在向4000km邁進。常規(guī)直流輸電系統(tǒng)因為使用了半控型器件（晶閘管）和自身電路特性，因而需要較多的外部設(shè)備支持，并且在逆變側(cè)需要外部電壓（有源網(wǎng)絡(luò)）輔助逆變換流閥換相。同時，常規(guī)直流輸電始終沒有解決功率的靈活控制，而且對電網(wǎng)的諧波污染大，需要更多的補償裝置，因此應(yīng)用領(lǐng)域受到諸多限制。柔性直流輸電，因其靈活可控的特性更加適用于區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的電能調(diào)度，實現(xiàn)能源傳輸同時可以兼顧電能質(zhì)量的控制和補償。除目前電壓無法達到特高壓直流的等級外，柔性直流輸電已經(jīng)可以在技術(shù)上完全替代其他常規(guī)直流輸電技術(shù)。

柔性直流輸電(VSC-HVDC)常規(guī)直流輸電(LCC-HVDC)電流形式直流電直流電電源形式電壓源電流源換流閥器件IGBT晶閘管濾波需求小型濾波器（諧波較小）濾波器+并聯(lián)電容器（諧波較大）站間通信不需要需要無功情況不需要，并可給系統(tǒng)提供無功需要無功補償（輸送容量的40%~60%左右）功率潮流有功、無功功率分別控制只可控制有功功率交流并網(wǎng)可支持無源交流系統(tǒng)需要交流系統(tǒng)支持換相換相問題無換相失敗有換相失敗損耗較大較小最大電壓±500kV±800kV構(gòu)成多端容易較難高壓直流技術(shù)常規(guī)高壓直流柔性直流特高壓直流大規(guī)模電力輸送和控制跨區(qū)域長距離能源輸送高壓大容量柔性直流多端直流、直流電網(wǎng)可再生能源并網(wǎng)特殊場景電力輸送柔性直流與常規(guī)直流的技術(shù)對比：柔性直流與常規(guī)直流的應(yīng)用對比：資料來源：華創(chuàng)證券柔性直流輸電的應(yīng)用柔性直流輸電基于使用IGBT為子模塊的電壓源換流器，實現(xiàn)了有功、無功功率的獨立控制，從性能特性上逼近火電同步發(fā)電機組或者任意特性（一定范圍內(nèi)）的負荷，可以支持無源網(wǎng)絡(luò)的供電。柔性直流技術(shù)可以濾除、隔離交流電互聯(lián)引起的連帶沖擊，還可以參與電網(wǎng)平衡控制，接受調(diào)度中心的調(diào)度指令，參與電網(wǎng)調(diào)度調(diào)節(jié)，穩(wěn)定交流電網(wǎng)。柔性直流輸電可解決當前大電網(wǎng)面臨的諸多問題，如大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)、城市配電網(wǎng)的增容改造/大型城市供電、遠海風電并網(wǎng)、海島多端聯(lián)網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)分割控制（異步交流系統(tǒng)互聯(lián)）等，對傳統(tǒng)交流電網(wǎng)具有重要的互補性價值。同時，柔性直流輸電還可以進一步壓縮優(yōu)化，向低電壓、小容量、小體積發(fā)展，應(yīng)用于主動配電網(wǎng)、柔性交直流混合配網(wǎng)等領(lǐng)域。柔直輸電應(yīng)用場景：應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢說明案例工程大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)1.動態(tài)無功補償

2.平滑輸出抑制新能源間歇性沖擊

3.輸電距離更長張北可再生能源基地并網(wǎng)項目特大城市供電（構(gòu)建城市直流輸配電網(wǎng)）1.可隔離外部大電網(wǎng)的故障沖擊

2.不增加系統(tǒng)短率功率，省去交流系統(tǒng)保護重新整定

3.電纜單位界面劑傳輸效率是交流電纜的1.5倍以上，且不產(chǎn)生電磁干擾廈門柔性直流工程海上平臺供電（遠海風電送出）1.60公里及以上海上風電并網(wǎng)技術(shù)、經(jīng)濟可承受唯一技術(shù)

2.向無源系統(tǒng)供電能力

3.換流站占地面積小，建設(shè)周期短，核心換流閥模塊化，現(xiàn)場只需連接安裝即可德國DolWin風電送出工程海島多端聯(lián)網(wǎng)1.多個島嶼交流系統(tǒng)不必同步

2.功率潮流反轉(zhuǎn)時電壓極性不變，對線路絕緣要求低，不需要機械開關(guān)操作

3.功率調(diào)整或反轉(zhuǎn)只需改變控制系統(tǒng)設(shè)定值

4.直流線路故障時每個換流站可運行在STATCOM狀態(tài)舟山多端柔性直流工程異步聯(lián)網(wǎng)不必考慮兩側(cè)交流系統(tǒng)同步渝鄂背靠背、魯西背靠背直流工程、TresAmigasSuperstation(三端異步并網(wǎng))資料來源：華創(chuàng)證券柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展路線自1997年，ABB公司承建的世界上第一個柔性直流變電工程在瑞典試驗成功以來，經(jīng)過近20年的發(fā)展，柔性直流輸電技術(shù)逐步走向成熟，并且在電壓等級和傳輸容量上都有所提高。資料來源：華創(chuàng)證券國內(nèi)外部分柔性直流工程及特點概要主要柔性直流工程來自歐洲、北美和中國；電壓等級覆蓋±10kV~±800kV；應(yīng)用場景主要有海上風電并網(wǎng)、可再生能源并網(wǎng)、異步聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)等；建設(shè)商主要為ABB、西門子、國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)；資料來源：華創(chuàng)證券國內(nèi)外部分柔性直流工程：國家工程名稱投運時間應(yīng)用場景建設(shè)商容量電壓距離瑞典Hellsjon1997試驗ABB3MW±10kV10km瑞典Gotland1999風力、海島ABB54MW±80kV70km丹麥Tjiaereborg2000風電場并網(wǎng)ABB7.2MW±9kV4.4km澳大利亞Direktlink2000電網(wǎng)互聯(lián)ABB3*60MW±80kV65km美國、墨西哥EaglePass（背靠背）2000電力交易、系統(tǒng)互聯(lián)ABB36MW±15.9kV

美國CrossSoundCable2002電網(wǎng)互聯(lián)ABB330MW±150kV40km芬蘭、愛沙尼亞Estlink2006風電場并網(wǎng)ABB350MW±150kV72km納米比亞、贊比亞CapriviLink2011異步聯(lián)網(wǎng)ABB300MW350kV950km(架)美國TransBayCable2010電網(wǎng)互聯(lián)、城市供電西門子400MW±200kV88km美國TresAmigasSuperstation2014異步聯(lián)網(wǎng)（三端）ABB5000MW±345kV

荷蘭HelWinalpha2014海上風電并網(wǎng)西門子

±250kV

德國NordEON12009海上風電并網(wǎng)

400MW±150kV100km德國BorkumWestII2014海上風電并網(wǎng)

400MW

45km德國DolWin12013海上風電并網(wǎng)ABB800MW±320kV165km德國Borwin22013海上風電并網(wǎng)西門子800MW±300kV200km德國HelWin12013海上風電并網(wǎng)西門子576MW±259kV130km德國SynWin12013海上風電并網(wǎng)西門子864MW±320kV200km德國DolWin22015海上風電并網(wǎng)ABB900MW±320kV135km西班牙、法國SpainFrance2013異步聯(lián)網(wǎng)

2*1000MW±320kV60km挪威、丹麥Norway、Denmark2014輸電ABB700MW500kV240km瑞士、立陶宛HVDCNordbalt2015輸電ABB700MW±300kV450km中國上海南匯風電場2011風電并網(wǎng)國家電網(wǎng)18MW±30kV8.6km中國廣東汕頭南澳三端柔直2013風電并網(wǎng)南方電網(wǎng)200MW±160kV40.7km中國浙江舟山五端柔直2014海島供電、風電并網(wǎng)國家電網(wǎng)1000MW±200kV140.1km中國廈門島四端柔直2015海島供電、城市供電國家電網(wǎng)1000MW±320kV10.7km中國云南魯西背靠背聯(lián)網(wǎng)2016異步聯(lián)網(wǎng)（應(yīng)用于主網(wǎng)架）南方電網(wǎng)1000MW±350kV—中國渝鄂背靠背聯(lián)網(wǎng)2019異步聯(lián)網(wǎng)（應(yīng)用于主網(wǎng)架）國家電網(wǎng)5000MW±420kV—中國張家口-北京柔性直流電網(wǎng)在建大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)國家電網(wǎng)9000MW±500kV648.2km中國烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流在建大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)南方電網(wǎng)8000MW±800kV1489km國內(nèi)主要柔性直流輸電工程目前，我國國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)都在積極推進柔性直流工程的建設(shè)。目前，我國已投運上海南匯、南澳三端柔直、舟山五端柔性直流工程、廈門柔性直流、魯西背靠背柔性直流聯(lián)網(wǎng)工程、渝鄂背靠背柔性直流電網(wǎng)互聯(lián)6個柔性直流工程。國家電網(wǎng)的張北柔直項目，南方電網(wǎng)的烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流項目在建。2019年7月，國內(nèi)開始啟動海上風電柔性直流輸電項目，包括如東海上風電柔性直流輸電示范項目、射陽海上風電場柔性直流輸電項目。柔性直流工程應(yīng)用已經(jīng)逐步進入加速發(fā)展期，工程電壓等級、系統(tǒng)容量等性能指標也在不斷提升。在建的“張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)示范工程”電壓等級將達到±500kV，總?cè)萘窟_到9000MW；在建的烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流，電壓等級達到±800kV國家工程名稱投運時間應(yīng)用場景建設(shè)商容量電壓距離中國上海南匯風電場2011風電并網(wǎng)國家電網(wǎng)18MW±30kV8.6km中國廣東汕頭南澳三端柔直2013風電并網(wǎng)南方電網(wǎng)200MW±160kV40.7km中國浙江舟山五端柔直2014海島供電、風電并網(wǎng)國家電網(wǎng)1000MW±200kV140.1km中國廈門島四端柔直2015海島供電、城市供電國家電網(wǎng)1000MW±320kV10.7km中國云南魯西背靠背聯(lián)網(wǎng)2016異步聯(lián)網(wǎng)（應(yīng)用于主網(wǎng)架）南方電網(wǎng)1000MW±350kV—中國渝鄂背靠背聯(lián)網(wǎng)2019異步聯(lián)網(wǎng)（應(yīng)用于主網(wǎng)架）國家電網(wǎng)5000MW±420kV—中國張家口-北京柔性直流電網(wǎng)在建風電并網(wǎng)國家電網(wǎng)9000MW±500kV648.2km中國烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流在建水電輸送南方電網(wǎng)8000MW±800kV1489km國內(nèi)主要柔性直流輸電工程：柔性直流輸電技術(shù)的國產(chǎn)化及技術(shù)成熟度早期的傳統(tǒng)直流輸電工程（LCC-HVDC），核心裝備與關(guān)鍵控制系統(tǒng)之前都依賴于西門子、ABB等國外廠商，也因此受制于國外公司。21世紀初，我國高壓直流輸電工程建設(shè)提速，國家開始按照“市場換技術(shù)”的思路布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)。國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)于2006年啟動柔性直流輸電技術(shù)專項研究。在國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)的牽頭組織下，多家科研院所、院校以及南瑞集團、許繼集團等電力龍頭企業(yè)集中研發(fā)。其中，南瑞繼保承接ABB的直流輸電控制保護系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，中國電科院承接Alstom直流輸電換流閥的技術(shù)轉(zhuǎn)讓(后來被普瑞工程繼承)，許繼電氣承接SIEMENS直流輸電控制保護系統(tǒng)及換流閥的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。目前我國柔性直流技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范前期。2011年7月投運上海南匯風電場柔性直流輸電工程，是亞洲首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的柔性直流工程。南澳島、舟山五端、廈門島柔直等工程的投運是技術(shù)開始成熟的標志。張北柔性直流電網(wǎng)項目標志著我國柔直技術(shù)從大容量示范工程向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁進。目前，兩網(wǎng)公司已經(jīng)全面掌握了柔性直流輸電的關(guān)鍵技術(shù)及工程成套能力。我國已具備了柔性直流輸電工程技術(shù)的完全自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)了國產(chǎn)化，已具備了在國內(nèi)大范圍推廣的技術(shù)基礎(chǔ)，也具有了向海外輸出工程的能力，打破了由國外公司的技術(shù)壟斷。數(shù)據(jù)來源：國家電網(wǎng)、華創(chuàng)證券我國柔直技術(shù)正在發(fā)展追趕世界水平：時間區(qū)間發(fā)展階段重要標志2006-2008基礎(chǔ)理論與前期技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)理論體系2008-2010小容量關(guān)鍵技術(shù)與樣機3MW柔直輸電樣機建設(shè)2011小容量示范工程上海南匯柔直示范工程2012-2016大容量示范工程南澳島、舟山群島、廈門島示范工程、云南魯西背靠背2017-2020產(chǎn)業(yè)應(yīng)用渝鄂背靠背、張家口-北京柔性直流電網(wǎng)、烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流2020-……商業(yè)化推廣三峽如東海上風電柔性直流輸電示范項目、中廣核新能源射陽海上風電場柔性直流輸電項目我國柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展階段：我國柔性直流輸電技術(shù)進入海外市場：時間2017年6月項目名稱英國國家電網(wǎng)公司設(shè)得蘭(Shetland)工程中標廠商全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院與南瑞集團聯(lián)合體產(chǎn)品或服務(wù)換流站建設(shè)商柔性直流工程造價及核心設(shè)備柔性直流系統(tǒng)的主要成本一方面在于核心裝備，如換流閥等，另一方面在于系統(tǒng)集成調(diào)試。柔性直流輸電工程投資主要在于換流閥以及配套相關(guān)的電氣設(shè)備，其成本構(gòu)成與特高壓直流（LCC-HVDC）較為相似。整個系統(tǒng)包括換流站、直流輸電線纜兩部分，對于背靠背并網(wǎng)工程只有換流站建設(shè)成本。從造價費用占比構(gòu)成上看，柔性直流輸電工程投資中換流站投資占比為86.01%，是柔性直流輸電工程投資的主要組成部分，其次為直流電纜工程，投資占比12.22%。換流站的核心設(shè)備主要包括大容量換流閥、柔性直流控保系統(tǒng)、直流斷路器（主要用于多端聯(lián)網(wǎng)項目中）。其他相關(guān)產(chǎn)品有換流變壓器，電抗器，電容器等。上游關(guān)鍵部件為IGBT。我國柔性直流工程成本逐步下降，在國際上有競爭力。據(jù)初步估算，國產(chǎn)柔性直流輸電設(shè)備的造價不足國外企業(yè)的50%，國際上價格約3~5億元/100MW。目前在建的張北柔直項目單位投資約為1.4億元/100MW。與2014年投運的舟山五端柔直項目（1000MW，投資規(guī)模為42.1億元）相比，單位投資下降了66%。柔性直流工程的核心裝備造價較為昂貴，工程技術(shù)的施工難度與成本也較高。柔性直流輸電工程的建設(shè)造價是普通交流輸電的數(shù)倍，因此其經(jīng)濟性難于凸顯，很多環(huán)節(jié)的建設(shè)成本仍需要進一步下降。工程名稱投運時間容量（MW）電壓距離換流站個數(shù)投資金額（億元）單位投資(億元/100MW)浙江舟山五端柔直20141000±200kV140.1km542.14.2廈門島四端柔直20151000±320kV10.7km2282.8云南魯西背靠背聯(lián)網(wǎng)20161000±350kV—2151.5張家口-北京柔性直流電網(wǎng)在建9000±500kV648.2km4126.41.4典型柔直工程單位投資比較：柔直核心裝備及上下游產(chǎn)業(yè)鏈：IGBT柔性換流閥直流控保直流斷路器其他電力設(shè)備（換流變、電抗器、電容器等）柔性直流輸電工程BACKUP-烏東德電站特高壓多端直流項目主設(shè)備2018年南方電網(wǎng)招標烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程直流主設(shè)備中標結(jié)果：本次設(shè)備招標金額達到75億，特變電工、國電南瑞和許繼集團中標金額位于前三。其中特變電工中標17.55億元（特變電工新疆新能源6.9億、特變電工沈陽變壓器10.65億元），國電南瑞中標10.33億元（南瑞繼保工程7.3億、南瑞繼保電氣3.03億），許繼集團中標8.5億元占總金額將近一半的特高壓柔直換流閥分別由許繼集團（29.19%）、榮信匯科（24.44%）、南瑞繼保（20.77%）、特變電工（19.55%）等4家公司獲得特高壓直流控制保護系統(tǒng)由南瑞繼保獨得（中標金額3.03億元）烏東德送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程是國家特高壓多端直流的示范工程，采用±800千伏新型多端混合柔直技術(shù)。工程設(shè)有云南昆北、廣西柳北、廣東龍門±800千伏換流站，輸電容量800萬千瓦，建設(shè)±800千伏直流輸電線路1489千米，總投資約242.5億元，預(yù)計2020年底具備投運條件。該項目是首個特高壓多端混合直流工程、世界上容量最大的特高壓多端直流輸電工程、首個特高壓柔性直流換流站工程、首個具備架空線路直流故障自清除能力的柔性直流輸電工程。柔性直流核心設(shè)備市場壁壘及競爭格局上游核心器件IGBT仍需進口，主要來自ABB、東芝、英飛凌等公司產(chǎn)品。IGBT換流閥國內(nèi)只有南瑞集團（南瑞繼保和普瑞工程）、許繼、榮信、西電、特變電工等6家供貨商，直流控制保護系統(tǒng)只有南瑞繼保、許繼、四方繼保3家供貨；直流斷路器有許繼、南瑞集團（普瑞工程和南瑞繼保）、思源、北京電力設(shè)備總廠供貨。柔直核心設(shè)備供應(yīng)商有各自特殊的背景，如南瑞、許繼是國網(wǎng)下屬企業(yè)；西電為央企背景；榮信在2013年就已進入國內(nèi)柔直市場，參與了南網(wǎng)第一個柔直工程，與南網(wǎng)有多年的合作歷史，目前還沒中標過任何國網(wǎng)的柔直工程。特變與南方電網(wǎng)公司合作研發(fā)換流閥，中標南網(wǎng)烏東德柔直工程（6.9億）。柔直核心設(shè)備廠商往往與院士有密切合作，或與國網(wǎng)和南網(wǎng)開展合作研發(fā)。例如南瑞繼保與沈國榮院士在直流控保上的合作；四方繼保的楊奇遜院士；思源電氣將潘垣院士的機械式直流斷路器進行了產(chǎn)業(yè)化；特變電工的換流閥與南方電網(wǎng)公司合作研發(fā)國內(nèi)柔直行業(yè)市場比較封閉，企業(yè)進入門檻都比較高，尤其是換流閥、控保、直流斷路器這幾個技術(shù)含量最高的產(chǎn)品來說，客戶關(guān)系可能大于技術(shù)本身。柔直領(lǐng)域其他的相關(guān)產(chǎn)品，比如換流變壓器，電抗器，電容器等，開放度會高一點。但是國外柔直市場，開放度相較國內(nèi)可能更高一些。目前國內(nèi)很多廠家都在積極的瞄準海外市場，比如墨西哥。（來源：華科周博士）柔直核心裝備及主要供應(yīng)商：IGBTABB、東芝、英飛凌、三菱、中車株洲柔性換流閥南瑞繼保普瑞工程許繼西電榮信特變電工直流控保南瑞繼保許繼四方繼保直流斷路器許繼南瑞繼保普瑞工程思源北京電力設(shè)備總廠工程名稱建設(shè)商投運時間換流閥直流控保直流斷路器上海南匯風電場柔性輸電工程國家電網(wǎng)2011——————廣東汕頭南澳三端柔直南方電網(wǎng)2013西電、榮信、南瑞繼保

思源浙江舟山五端柔直國家電網(wǎng)2014許繼、南瑞繼保南瑞繼保許繼，中電普瑞廈門島四端柔直國家電網(wǎng)2015中電普瑞南瑞繼保——云南魯西背靠背聯(lián)網(wǎng)南方電網(wǎng)2016西電、榮信四方繼保——渝鄂背靠背聯(lián)網(wǎng)國家電網(wǎng)2019榮信、中電普瑞、許繼許繼、四方繼保——張家口-北京柔性直流電網(wǎng)國家電網(wǎng)在建南瑞繼保、中電普瑞、許繼、ABB四方南瑞繼保、許繼南瑞繼保、思源、許繼、北京電力設(shè)備總廠、中電普瑞烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流南方電網(wǎng)在建特變電工、南瑞繼保、榮信、許繼南瑞繼保——各柔直項目核心設(shè)備中標情況：資料來源：國網(wǎng)南網(wǎng)中標文件等公開資料柔性直流核心設(shè)備技術(shù)壁壘及風險技術(shù)門檻：直流斷路器>直流控保>換流閥。換流閥及其控制技術(shù)相對來說已經(jīng)比較成熟；換流閥主要是圍繞可靠性提升以及小型化做一些研究，特別是應(yīng)用于海上風電；高壓直流斷路器技術(shù)難度最大，現(xiàn)在還不成熟，目前僅僅是處于示范階段。研發(fā)時間：據(jù)我所知，特變電工研制出第一個滿足工程要求的換流閥用了3年，也就是從2013年開始，至2016年研制成功。當然，他們在2015年的時候，研制了第一代樣機，不是太成熟，實驗性質(zhì)的。研發(fā)投入：特變電工這幾年好像資金投入在1到3億？我不是太清楚這個方面的細節(jié)。不過有一點是肯定的，做柔直，需要很大的資金投入。主要是柔直的可靠性要求高，要做許許多多的實驗。由于容量大，電壓等級高，柔直的技術(shù)門檻還是很高的。烏東德柔直工程中，一個半橋模塊，成本大概是30多萬。隨便搞個簡單的實驗平臺，就是幾百萬。確實有風險，特別是國內(nèi)柔直市場比較封閉。國內(nèi)禾望和匯川也在打算進入柔直市場，不過他們是打算做那些用于配電網(wǎng)的柔直，電壓等級一般是低于±10KV。成本和技術(shù)難度會小很多很多。配網(wǎng)柔直確實看不清楚前景，目前也就只有幾個配網(wǎng)柔直示范工程。華科周博士交流摘要：柔直核心設(shè)備研發(fā)難度：直流斷路器>直流控保>換流閥研發(fā)周期長。以特變電工換流閥為例，大概要用3年時間研發(fā)成功。研發(fā)投入大，IGBT模塊成本高，實驗平臺投資大。以特變電工換流閥為例，大概要1~3億投資。投入產(chǎn)出風險大。國內(nèi)柔直市場封閉，有可能產(chǎn)品做出來也賣不出去。可嘗試成本和技術(shù)難度較小的配網(wǎng)柔直。IGBT換流閥IGBT換流閥是柔性直流工程的核心設(shè)備。換流閥接受直流控保系統(tǒng)的指令，通過IGBT驅(qū)動并轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號控制IGBT的導通關(guān)斷，實現(xiàn)兩個換流站之間直流電能的可控傳輸，同時還可根據(jù)需求提供電網(wǎng)的補償支撐。IGBT柔性換流閥的成本占工程總投資規(guī)模的20~30%左右。2016年渝鄂背靠背工程換流閥總造價約為12.23億元，按照該項目總投資64.9億元計算，柔性換流閥成本占比在20%左右。換流閥主要由電力電子器件(晶閘管、IGBT)、控制驅(qū)動單元、冷卻系統(tǒng)、飽和電抗器、電容、電阻組成。柔性直流的關(guān)鍵在于換流閥使用了“全控器件”—IGBT。IGBT及其驅(qū)動目前還只能依靠進口，主要供應(yīng)商包括有ABB、英飛凌、東芝、三菱等。2016年1月由我國中車株洲生產(chǎn)的IGBT也成功應(yīng)用在了廈門柔性直流工程之中。但是，IGBT產(chǎn)品從性能到質(zhì)量上看，國內(nèi)產(chǎn)品仍然無法滿足。換流閥價格太透明，利潤低。IGBT換流閥的價格與電壓、電流指標關(guān)系緊密，價格在1~2億元/套級別，成本還比較高。許繼集團、榮信股份、中電普瑞在2016年渝鄂背靠背項目中分別中標了4套、2套、2套IGBT換流閥，可估算出1套420KV電壓等級、1488A級別的IGBT換流閥價格約在1.43~1.63億元之間。隨著IGBT模塊成本下降，IGBT換流閥的毛利率在提高。根據(jù)國電南瑞公司公告中披露，2015年公司IGBT采購成本為0.68-1.02萬元/MVA，至2017年已下降至0.47-0.71萬元/MVA，價格下降幅度為43.66%-44.68%。年份2016中標工程渝鄂背靠背工程產(chǎn)品名稱IGBT換流閥中標單位許繼電氣榮信中電普瑞數(shù)量（套）422價格（億元）6.532.852.85電壓等級DC420kVIGBT規(guī)格3.3kV/1500A額定電流1488A均價（億元/套）1.631.431.43換流閥總投資（億元）12.23項目總投資（億元）64.9換流閥投資占比19%換流閥結(jié)構(gòu)：換流閥價格及投資占比（以2019年渝鄂背靠背工程為例）：資料來源：公開資料廈門工程張北工程中標時間2014年2018年中標價（億元/單站）2.426.85IGBT模塊數(shù)（個）51845904IGBT模塊規(guī)格DC320kV，3.3kV/1500A，1600A，MMCDC500kV，4.5kV/3000A，3000A，MMCIGBT模塊售價（萬元/MVA）0.940.86IGBT模塊售價（萬元/臺）4.6711.6IGBT模塊成本（萬元/MVA）1.110.67IGBT模塊成本（萬元/臺）5.498.98模塊單價降幅——40%成本價（億元）2.855.3毛利率-17.58%29.18%資料來源：公司公告，興業(yè)證券柔直控制保護系統(tǒng)直流控保系統(tǒng)是直流輸電工程的控制核心，起著直流輸電工程的運行指揮的作用。換流站中的換流閥需要依靠外部指令的實時控制，才能夠?qū)崿F(xiàn)交流-直流電的變化和相關(guān)控制，這一指令來自于直流控制保護系統(tǒng)。柔性直流的控制保護系統(tǒng)與常規(guī)高壓直流（LCC-HVDC）的控制保護系統(tǒng)具有一定的相似性，但從技術(shù)難度上看各有千秋。柔性直流控制兩端站之間不需要通信，而特高壓直流的傳統(tǒng)輸電兩端站之間需要通信協(xié)調(diào)。另外，特高壓直流的器件通斷頻率就是正常的50HZ，因此對于信號的進度需求較弱，而柔性直流輸電換流閥的通斷頻率在100~200Hz，因此其控制信號復(fù)雜度也相對較高。直流控保的產(chǎn)品利潤率很高，大概在50%以上，銷售價格在2~3億元/線路根據(jù)國電南瑞公告，南瑞繼保出產(chǎn)的高壓直流控制保護(工程)在2015、2016年度的銷售價格在2~3億元/線路。2018年烏東德電站特高壓多端直流項目中，南瑞繼保特高壓直流控制保護系統(tǒng)中標金額為3.03億元直流控制保護系統(tǒng)作用示意圖：直流控制保護系統(tǒng)價格：高壓直流斷路器高壓直流斷路器是直流輸電線路由“線”組“網(wǎng)”的關(guān)鍵，也被稱為極線斷路器。直流輸電單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，就在于可提供及時切斷線路的設(shè)備。對于直流輸電系統(tǒng)，高壓直流斷路器將成為未來直流電網(wǎng)系統(tǒng)中的核心裝備。高壓直流斷路器從原理上主要分為機械式直流斷路器和混合式直流斷路器兩種。在混合式直流斷路器方面，2016年全球首個投入工程應(yīng)用的高壓直流斷路器在舟山柔直系統(tǒng)投入，該200kV直流斷路器由國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院研制（許繼和中電普瑞中標）。機械式直流斷路器方面，2014年南網(wǎng)科研院、西安高壓電器研究院、西安交通大學研制出了55kV直流斷路器單元樣機。2017年世界首臺機械式高壓直流斷路器在南方電網(wǎng)南澳柔直工程掛網(wǎng)運行（思源中標）。直流斷路器現(xiàn)在還不成熟，剛剛實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，目前僅僅是處于示范階段。目前全世界僅在舟山柔直項目、南網(wǎng)南澳項目中投運了高壓直流斷路器。在建的張北柔直項目共建4個換流站，每個換流站4臺高壓直流斷路器，共計16臺，投資約13億元。除了已投運和已中標的廠商，還有ABB、ALSTOM、中國西電等公司完成了高壓直流斷路器的樣機研制，但還未掛網(wǎng)運行。以張北柔直項目為例，±500kV極線斷路器每臺均價在7000萬~9000萬之間。其中思源電氣提供的為機械式直流斷路器，將潘垣院士的機械式斷路器進行了產(chǎn)業(yè)化，不需要用IGBT等器件，可靠性高，價格相對較低，均價在7000萬左右。在建張北柔直項目極線斷路器中標企業(yè)及報價：包號項目單位項目名稱臺套中標廠商投標報價（萬元）單價（萬元/臺）包1冀北電力有限公司張北柔性直流電網(wǎng)±500kV張北換流站工程4南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司359308,983包2北京市電力公司張北~北京柔性直流示范工程（北京段）4南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司359008,975包3冀北電力有限公司張北柔性直流電網(wǎng)±500kV豐寧換流站工程2思源電氣股份有限公司136806,840包4冀北電力有限公司張北柔性直流電網(wǎng)±500kV豐寧換流站工程2許繼集團有限公司178108,905包5冀北電力有限公司張北柔性直流電網(wǎng)±500kV康保換流站工程2北京電力設(shè)備總廠有限公司149017,450包6冀北電力有限公司張北柔性直流電網(wǎng)±500kV康保換流站工程2中電普瑞電力工程有限公司178008,900合計16——136021

8,501電壓等級混合式斷路器機械式斷路器40kV300萬120萬160kV1600~2000萬600萬500kV~9000萬~7000萬混合式和機械式直流斷路器價格比較：柔性直流輸電在海上風電的應(yīng)用02章節(jié)PART海上風電輸變電方案一覽海上風電組網(wǎng)構(gòu)架HVAC與HVDC海上風電應(yīng)用比較LCC-HVDC與VSC-HVDC海上風電應(yīng)用比較柔性直流輸電在海上風電的應(yīng)用進展及趨勢如東海上風電柔性直流輸電示范項目概況中廣核新能源射陽海上風電場柔性直流輸電項目概況海上風電直流送出架構(gòu)：海上風電輸變電系統(tǒng)主要有交流、直流及交直混合方案，以下為五種輸電方案方案1：風機輸出為交流，經(jīng)交流33/66kV匯集，升壓至交流220kV，以交流電輸送至電網(wǎng)，這是目前最成熟的技術(shù)；方案2：風機輸出為交流，經(jīng)交流33/66kV匯集，升壓至交流220kV，在換流站變?yōu)橹绷鳌?20kV，這在西歐廣泛應(yīng)用；方案3：風機輸出為直流，經(jīng)中壓直流匯集，變?yōu)榻涣鞑⑸龎褐?20kV，以交流電輸送至電網(wǎng)；方案4：風機輸出為直流，經(jīng)中壓直流匯集，升壓至直流±320kV，以直流輸送至電網(wǎng)（TenneT“2站合1”方案）；方案5：風機輸出為直流，經(jīng)中壓直流匯集，并直接輸送至電網(wǎng)。資料來源：歐洲海上風電海上風電場海底輸電線路電網(wǎng)側(cè)陸上降壓/換流站海上風電輸變電方案一覽海上升壓/換流站海上風電交流送出架構(gòu)海上風電場交流送出架構(gòu)主要構(gòu)成：海上風力發(fā)電機（含基礎(chǔ)、塔架），海上變電站，海底電纜，陸上電纜，陸上變電站，陸上電網(wǎng)等；海上風電場直流送出架構(gòu)主要構(gòu)成：海上風力發(fā)電機（含基礎(chǔ)、塔架），海上升壓站，海上換流站、海底電纜，陸上電纜，陸上換流站，陸上電網(wǎng)等海上風電直流送出架構(gòu)海上風電組網(wǎng)構(gòu)架—交流(HVAC)與直流(HVDC)HVAC與HVDC海上風電應(yīng)用比較對遠距離、大容量傳輸，高壓直流（HVDC）方式比高壓交流（HVAC）方式更具優(yōu)勢。技術(shù)上：1.高壓交流(HVAC)輸電技術(shù)要求風電場與所連接的交流電網(wǎng)需保持嚴格同步，但隨著風電場規(guī)模的擴大，交流并網(wǎng)存在的電壓和頻率穩(wěn)定性問題，成為限制其發(fā)展的主要因素。而直流并網(wǎng)可以與電網(wǎng)異步運行。2.海上風電送回使用交流海纜損耗大，限制了傳輸距離。海上風電場的電能送回，需要使用海底敷設(shè)電纜。使用交流電纜時，海水（海床、土地等）-絕緣層-電纜形成了等效電容，在傳輸電時，會形成較大的損耗，特別是隨著輸電距離的提高，其損耗會加速增長。直流輸電不存在等效電容效應(yīng)，因而直流海纜、陸纜的輸電距離具有很大的提升空間。經(jīng)濟上：海上風電場規(guī)模越大，等價距離越短，直流方案的經(jīng)濟性越好，開發(fā)規(guī)模大于600MW的海上風電場，離岸距離為50~80km時，直流方案相對交流方案有優(yōu)勢。220kV交流方案與VSC-HVDC直流方案對比，投資包括海上變電站（換流站）、海底電纜和陸上部分組成；交流方案中，海上變電站側(cè)按照低壓配置無功、高低壓側(cè)均配置無功兩種情況分別計算投資；輸送距離越遠，直流比交流的經(jīng)濟型就越好，等價距離為交流方案與直流方案造價相同時的輸送距離。交直流輸電建設(shè)費用與輸電距離關(guān)系：資料來源：《海上風電典型送出方案技術(shù)經(jīng)濟比較研究》數(shù)據(jù)來源：《海上風電典型送出方案技術(shù)經(jīng)濟比較研究》220kVAC與VSC-HVDC等價送出距離：海上風電場規(guī)模等價距離低壓側(cè)補償高低壓側(cè)補償200MW247km241km300MW204km198km400MW133km129km600MW84km80km1000MW49km46km50~80kmLCC-HVDC與VSC-HVDC海上風電應(yīng)用比較常規(guī)直流輸電（LCC-HVDC）的傳輸并網(wǎng)方式不受傳輸距離的限制，風電場的頻率可以大范圍變化，但換流站成本較高，常規(guī)直流不具備發(fā)出無功的能力，且易發(fā)生換相失敗，占地面積較大，一般用于特大型海上風電場并網(wǎng)。柔性直流輸電（VSC-HVDC）繼承了常規(guī)直流并網(wǎng)優(yōu)點的同時，避免了常規(guī)直流并網(wǎng)存在的問題。但受大功率IGBT發(fā)展水平的限制，換流站成本較高。VSC-HVDC換流站占地面積小，而且重量輕，更能滿足海上風電對換流站的需求。因此比較適合于中大型海上風電場的并網(wǎng)。VSC-HVDC拓撲圖：

柔性直流輸電（VSC-HVDC）常規(guī)直流輸電（LCC-HVDC）共性無需風電場與所連接的交流電網(wǎng)保持同步

換流站成本較高無功情況為風電場提供動態(tài)無功支撐不具備發(fā)出無功的能力，需要無功補償占地面積占地面積小，適合海上風電場占地面積較大重量小，適合海上風電場大功率潮流有功、無功功率分別控制只可控制有功功率換相問題沒有換相失敗的風險，減小了風機因低壓脫網(wǎng)的概率有換相失敗適用場景中大型海上風電場并網(wǎng)特大型海上風電場并網(wǎng)LCC-HVDC與VSC-HVDC海上風電應(yīng)用比較：HVAC、LCC-HVDC、VSC-HVDC綜合比較資料來源：《海上風電場輸電系統(tǒng)選擇》，張開華、張智偉、王婧倩、葉軍，SOLARENERGY2/2019400～600MW的近海風電場和深海風電場，宜采用柔性直流輸電(VSC-HVDC)并網(wǎng)；200MW以內(nèi)的潮間帶風電場和離岸距離100km以內(nèi)的風電場，宜采取高壓交流輸電并網(wǎng)200～400MW的近海風電場，宜根據(jù)離岸距離選擇并網(wǎng)方式；更大容量的風電場則需采用常規(guī)高壓直流輸電(LCC-HVDC)并網(wǎng)600～900MW的近海風電場和深海風電場，可采用柔性直流輸電(VSC-HVDC)或常規(guī)高壓直流輸電(LCC-HVDC)海上風電場按所處海域位置分為淺海風電場和深海風電場。一般認為，離岸距離達到50km或水深達到50m的風電場即可稱為深海風電場隨著潮間帶及近海區(qū)域風電資源的開發(fā)強度逐漸飽和以及沿海地區(qū)環(huán)境保護呼聲的日益強烈，長遠來看，海上風電從潮間帶和近海走向深海遠岸將是必然趨勢。柔性直流輸電在海上風電的應(yīng)用進展及趨勢目前世界上已在多個海上風電場中成功應(yīng)用柔性高壓直流輸電（VSC-HVDC）技術(shù)，其中德國已成功建設(shè)多座柔性直流輸電工程，傳輸距離大多超過100km，容量超過400MW。僅2013年德國就有Dolwin1、Borwin2、HelWin1、SynWin1等4處海上風電換電站投運。2019年7月，國內(nèi)啟動多個海上風電柔性直流輸電項目，包括：如東海上風電柔性直流輸電示范項目、射陽海上風電場柔性直流輸電項目。這些項目的啟動，標志著中國海上風電柔性直流輸電時代的到來。德國已建成的柔直海上風電工程：如東海上風電柔性直流輸電示范項目概況三峽新能源江蘇如東800兆瓦海上風電柔性直流輸電示范項目是我國首個海上風電柔性直流送出項目。2019年9月份完成換流閥等主設(shè)備招標。如東海上風電柔性直流輸電示范項目位于江蘇省南通市如東縣，輸送容量1100MW；海上換流站1座，陸上流站1座，兩站間采用99公里海纜及9公里陸纜連接。系統(tǒng)方案：如東H6風電場（400MW）、H10風電（400MW）及遠期擬擴建（300MW）的風電場的場區(qū)內(nèi)各新建一座220kV海上升壓站，風電機組發(fā)出的電能通過35kV海纜匯集至海上交流升壓站的35kV線側(cè)，經(jīng)主變升壓至220kV，每個220kV升壓站均采用2回220kV交流海底纜接至海上柔直換流站，經(jīng)海上換流站整流后采用2回直流海底電纜接至陸上換流流站，經(jīng)陸上換流站逆變后采用1回500kV線路接入江蘇。柔性直流輸電海上風電項目核心設(shè)備的招標人為風場業(yè)主，而不是電網(wǎng)公司。從風機到陸上換流站所有設(shè)備屬于風場業(yè)主的資產(chǎn)。如東海上風電柔直項目的業(yè)主為三峽新能源（三峽集團子公司），招標人為三峽機電工程技術(shù)有限公司（三峽集團子公司）核心設(shè)備中標人：風機海上升壓站經(jīng)35kV交流海纜匯集至升壓站升壓后經(jīng)由220kV交流海纜陸上柔直換流站整流后經(jīng)由直流海纜海上柔直換流站逆變后經(jīng)由500kV線路江蘇電網(wǎng)海上風場業(yè)主資產(chǎn)核心設(shè)備中標人中標金額±400kV換流閥榮信匯科電氣技術(shù)有限責任公司37000.4918萬許繼集團有限公司37490.0000萬直流控制保護系統(tǒng)南京南瑞繼保電氣有限公司10400.00萬元系統(tǒng)方案：注：換流閥中標金額包括換流閥、閥控系統(tǒng)、升降維護平臺、備品備件及專用工器具等）中廣核新能源射陽海上風電場柔性直流輸電項目概況2019年6月28日，中廣核新能源射陽海上風電場柔性直流輸電項目可行性研究報告順利通過評審，柔直可研報告由華東勘測設(shè)計研究院編制，射陽縣發(fā)改委、射陽港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、中廣核新能源控股有限公司設(shè)計管理與技經(jīng)部、工程事業(yè)部及江蘇分公司、河北建投、遠景能源等單位相關(guān)領(lǐng)導，以及南方電網(wǎng)科研院、浙江大學、南瑞繼保、東方電纜、海油工程等單位外部專家共40余人參加了本次評審會議。2019年9月，中廣核已對風力發(fā)電機組進行招標。柔直設(shè)備尚未開始招標工作。江蘇射陽海上南區(qū)H3#-H5#海上風電場位于射陽港水域港界西南側(cè)，分別由河北建投、遠景能源及中廣核開發(fā)建設(shè)，三個項目規(guī)劃裝機容量為1000MW，采用±320kV電壓等級柔性直流方案進行電力輸出。經(jīng)三方協(xié)商，本次柔性直流送出工程擬由中廣核主導建設(shè)，該項目也是首次由中廣核集團主導建設(shè)的海上柔性直流輸電項目。項目進展：數(shù)據(jù)來源：CWEA、BD部門測算國內(nèi)：江蘇、廣東、福建、浙江未來海上風電累計合計裝機規(guī)模達44.82GW，總投資達8600億元，建設(shè)期為2018-2030年，由于2021年年底前并網(wǎng)才可享受最高標桿電價，預(yù)計2021年前將出現(xiàn)搶裝潮；綜合項目建設(shè)速度及未來新核準項目量的保守估計，預(yù)計2019、2020、2021年分別將新裝機3.4GW、4.5GW、5.6GW，其中2019年增速將達106.1%，2021年后增速將明顯下降；全球：全球海上風電新增裝機將在2020年迎來裝機高潮，主要是由于英國、德國、中國、比利時、韓國、美國等將大規(guī)模裝機，現(xiàn)階段西歐海上風電裝機量位居全球前列，預(yù)計2025年新增裝機將達20.3GW；全球陸上風電呈現(xiàn)周期性波動特點，新增裝機量保持一個平穩(wěn)態(tài)勢，預(yù)計2025年新增裝機量達55GW；中國海上風電新增裝機預(yù)測（GW）海上風電新增裝機預(yù)測全球海上風電新增裝機預(yù)測（GW）數(shù)據(jù)來源：WindpowerMonthly海上風電柔性直流輸電市場關(guān)鍵設(shè)備投資規(guī)模預(yù)測由于沒有確切的海上風電柔性直流輸電項目的裝機規(guī)模預(yù)測，本文假設(shè)海上風電中采用柔性直流輸電方式約占50%（該比例未進行驗證）由于各工程項目中采用的關(guān)鍵設(shè)備不同，且直流斷路器目前還未大規(guī)模應(yīng)用，本文僅估算換流閥和直流控保在海上柔直項目中的投資額。以江蘇如東800MW項目為例，該項目共采購換流閥和直流控保約85000萬元，平均投資為106萬元/MW海上風電柔性直流輸電市場關(guān)鍵設(shè)備投資規(guī)模=新增海上風電裝機規(guī)模*柔直項目占比*換流閥和直流控保平均投資經(jīng)測算得知，2020-2025年未來6年全球海上風電柔直項目關(guān)鍵設(shè)備投資額累計約有155億左右注：以上市場規(guī)模測算為理想狀態(tài)，僅供參考中國海上風電柔直項目關(guān)鍵設(shè)備投資額（億元）全球海上風電柔直項目關(guān)鍵設(shè)備投資額（億元）柔性直流配電市場概況03章節(jié)PART直流配電及中壓柔性直流配電概述中壓柔性直流配電發(fā)展現(xiàn)狀及典型項目柔性直流配電的關(guān)鍵設(shè)備柔性直流配電典型項目概況直流配電網(wǎng)電壓等級及主要形態(tài)直流配電網(wǎng)分為中壓直流配電側(cè)和低壓直流配電側(cè)，兩者通過直流變壓器相連接。國際電工委員會（IEC）、電氣和電子工程師協(xié)會（IEEC）、CIGRE等國際組織或機構(gòu)基本明確了以1.5kＶ（±0.75kＶ）作為低壓直流與中壓直流的分界電壓。低壓直流配電網(wǎng)系統(tǒng)（典型電壓為1.5kV或±750V及以下）直接實現(xiàn)分布式電源、儲能及直流負荷的接入，其在效率、可靠性及電能質(zhì)量方面的優(yōu)勢較為清晰，已經(jīng)得到普遍認可，且得到快速發(fā)展。相對而言，中壓直流配電網(wǎng)（電壓大于1.5kV，小于±100kV）研究與應(yīng)用還處于起始階段。本部分主要對中壓直流配電網(wǎng)進行研究直流配網(wǎng)優(yōu)點：供電半徑大，電能質(zhì)量高，線路損耗低，傳輸效率高，節(jié)能降耗及直流配電到戶，清潔能源及儲能設(shè)備的便捷接入直流配電網(wǎng)的主要形態(tài)：低壓直流配電網(wǎng)直流變壓器柔性直流配電基于換流站的高壓直流輸電技術(shù)的迅速發(fā)展一定程度激勵了柔性直流往配電側(cè)的延伸。現(xiàn)有的柔性直流輸電工程都是轉(zhuǎn)化為交流電后再進行配電，需要增加換流站及交流變壓器。而若使用直流配電，配電母線可以通過直流變壓器直接與直流輸電網(wǎng)連接，而無須經(jīng)過交流電網(wǎng)的過渡，減少變換環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)可靠性。柔性直流配電是以電壓源換流器為核心的新一代直流配電技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、可控性好、運行方式靈活等特點。目前的中壓直流配電一般為柔性直流配電，均采用VSC型換流器實現(xiàn)電能的變換。為提高供電可靠性，直流配電網(wǎng)的中壓側(cè)與多個交流系統(tǒng)相連。作為交直流接口的AC/DC換流器通常采用電壓源型換流器（VSC換流器）。對于直流配電網(wǎng)而言，由于潮流反轉(zhuǎn)頻繁、網(wǎng)絡(luò)端數(shù)繁多、需要對無源網(wǎng)絡(luò)供電，應(yīng)用電流源型換流器將造成極大的不便，因此直流配電網(wǎng)一般不考慮采用電流源型換流器（晶閘管換流器）。類型特點高壓柔性直流輸電側(cè)重發(fā)電端到負荷中心較長距離的電能輸送過程，或是短距離的大容量異步電網(wǎng)互聯(lián)中壓柔性直流配電側(cè)重變電站向用戶配電的過程低壓直流配電主要指低壓直流微電網(wǎng)。傳統(tǒng)低壓直流配電技術(shù)方案中，中壓配電母線電壓均為交流，經(jīng)過變壓器得到低壓交流配電線電壓，再經(jīng)過AC/DC變換為低壓直流母線電壓；而在柔性中壓直流配電中，中壓配電線電壓就是直流，該中壓直流母線電壓可以是從高壓交流輸電網(wǎng)或中壓交流配電網(wǎng)經(jīng)過AC/DC變換而來，也可以從高壓直流輸電網(wǎng)經(jīng)過DC/DC變換而來。各電壓等級的柔性直流系統(tǒng)特點：直流配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)目前，直流配電拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計方案主要有：背靠背、輻射型、兩端供電型、三端互聯(lián)型、環(huán)型、網(wǎng)狀。背靠背：中壓交流母線通過ＡＣ／ＤＣ換流器互聯(lián)，中壓直流母線側(cè)根據(jù)實際情況可接入分布式電源。背靠背可在不改變原有交流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過柔性換流站潮流靈活控制，可提高供電質(zhì)量及供電可靠性。輻射型：是直流配電的一種基本結(jié)構(gòu)，一次性投資小，繼電保護整定相對簡單。該結(jié)構(gòu)適用于供電范圍不大、供電可靠性要求不高、直流負荷相對集中的場合兩端供電型：該結(jié)構(gòu)可靠性較高，并可快速對故障定位，減少停電損失。但故障識別和保護控制存在一定的配合難度。適用于向特殊用戶提供高質(zhì)量電能，或提供大容量分布式電源的并網(wǎng)接口三端互聯(lián)型：通過該拓撲結(jié)構(gòu)的靈活控制策略可以實現(xiàn)當?shù)厍鍧嵞茉吹木徒{和送出并網(wǎng)。該拓撲適用于高新企業(yè)、直流樓宇和數(shù)據(jù)中心等對供電質(zhì)量及可靠性要求較高的場景。環(huán)型：供電可靠性高，易于檢測故障點，恢復(fù)供電迅速，更適合于分布式電源多點接入、高可靠供電的場合，可望成為今后直流配電發(fā)展的主流趨勢。網(wǎng)型：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是多個環(huán)形結(jié)構(gòu)的互聯(lián)，其供電可靠性更高，但正因為其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而使得控制和保護更加復(fù)雜背靠背型輻射型兩端供電型三端互聯(lián)型環(huán)型網(wǎng)狀資料來源：《直流配電系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用》，2019年12月中壓柔性直流配電發(fā)展現(xiàn)狀及典型項目中壓柔性直流配電系統(tǒng)建設(shè)才剛剛起步，尚處于初級階段。雖然國內(nèi)外在柔性直流配電系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)研究和實驗系統(tǒng)、示范工程已逐步開展，但大都處于一般性探索階段。在中壓直流配電層面，國外具有代表性、可借鑒性的直流配電示范工程是德國亞琛工業(yè)大學校園±5kV直流配電示范工程。國內(nèi)典型代表有深圳寶龍工業(yè)城示范工程、珠海唐家灣科技園示范工程、杭州大江東新城示范工程、貴州電網(wǎng)示范工程、蘇州工業(yè)園示范工程等。典型中壓直流配用電工程：中壓柔性直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備中壓柔性直流配電系統(tǒng)的關(guān)鍵裝備包括VSC換流器（電壓源換流器）、直流變壓器、直流斷路器、控制保護設(shè)備。目前VSC換流器的技術(shù)相對成熟，而直流變壓器、直流斷路器的研發(fā)工作主要集中在低壓小功率應(yīng)用，在中壓層面的實用化程度普遍偏低，是限制直流配用電系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用技術(shù)成熟度VSC換流器用于交直流配電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)相對成熟直流變壓器不同電壓等級直流母線互聯(lián)目前研究熱點，尚無成熟產(chǎn)品直流斷路器開斷故障電流、故障恢復(fù)與隔離目前研究熱點，尚無成熟產(chǎn)品控制保護設(shè)備直流配電網(wǎng)核心目前研究熱點，尚無成熟產(chǎn)品直流配電關(guān)鍵設(shè)備：中壓柔性直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備—VSC換流器目前，VSC換流器（電壓源換流器）有兩電平、三電平和模塊化多電平(modulatormultilevelconverter，MMC)等拓撲方案。MMC換流器有可擴展的模塊化結(jié)構(gòu)、普適的工程應(yīng)用等特點，是當前中高壓系統(tǒng)應(yīng)用的主流。兩電平、三電平拓撲結(jié)構(gòu)的VSC型換流器存在諧波含量大、開關(guān)頻率高及損耗大等缺點，制約了其在中高壓配電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。模塊化多電平VSC型換流器結(jié)構(gòu)具有波形質(zhì)量高，損耗相對較低、對IGBT器件電壓等級要求低、易實現(xiàn)冗余結(jié)構(gòu)從而提高可靠性等一系列的優(yōu)點。MMC換流器目前雖然技術(shù)成熟，但小型化、緊湊化仍是未來有待突破的地方。三相兩電平VSC換流器及接線示意圖：MMC的主電路結(jié)構(gòu)：中壓柔性直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備—直流變壓器直流變壓器是直流配電系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)的重要設(shè)備，中壓的直流配電系統(tǒng)通過直流變壓器變換成低壓直流之后，才能向低壓負荷供電。中壓直流變壓器須考慮隔離，由中壓DC/AC換流器、高頻變壓器和低壓AC/DC換流器構(gòu)成。中壓側(cè)直流通過單相中壓DC/AC換流電路轉(zhuǎn)換成高頻交流之后，經(jīng)高頻變壓器轉(zhuǎn)換成低壓高頻交流，再經(jīng)AC/DC換流器變換成低壓直流，實現(xiàn)中壓直流和低壓直流的相互轉(zhuǎn)換。目前針對直流變壓器的研究主要有3種主電路拓撲：1）雙向半橋；2）串聯(lián)諧振變換器；3）雙主動全橋(dualactivebridge，DAB)。DAB是最適合構(gòu)成直流變壓器的子模塊拓撲，也是當前學術(shù)界和工業(yè)界研究重點。目前直流變壓器的研究仍然集中在理論分析和實驗樣式驗證階段。能量路由器是直流變壓器的擴展，將單輸入輸出的直流變壓器進一步發(fā)展為具備多個交、直流端口的電能路由器，可以有多個具有不同電壓等級的交流或直流端口，交流端口連接交流子網(wǎng)/微網(wǎng)和交流型分布式電源、直流端口則主要連接直流子網(wǎng)/微網(wǎng)、直流型分布式電源及直流負荷直流變壓器結(jié)構(gòu)示意圖直流變壓器結(jié)構(gòu)示意圖：中壓直流變壓器國內(nèi)外機構(gòu)研究對比：資料來源：《直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用示范綜述》，2018年12月中壓柔性直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備—直流斷路器直流斷路器是直流配電網(wǎng)安全運行和保護的關(guān)鍵設(shè)備，用以防止直流配電網(wǎng)中故障范圍的擴大。目前，直流斷路器大致分為三類：基于常規(guī)開關(guān)的傳統(tǒng)機械式斷路器、基于純電力電子器件的固態(tài)斷路器和基于兩者結(jié)合的混合式斷路器。機械式直流斷路器的通態(tài)損耗極小，帶載能力強，具有良好的靜態(tài)特性，但由于自身結(jié)構(gòu)的制約，開斷電流時產(chǎn)生的電弧極易損壞觸頭，切除故障所需時間較長，無法在所需時間內(nèi)靈活、快速動作。全固態(tài)斷路器則具有良好的動態(tài)性能，動作迅速、靈活、無電弧，但由于存在通態(tài)損耗較大、承載過壓過流的能力較低等無法克服的缺點，其工程應(yīng)用受到了極大的限制。將機械式斷路器與全固態(tài)斷路器的優(yōu)點相結(jié)合，混合式直流斷路器具有通態(tài)損耗小、動作迅速等特點，是目前直流斷路器研發(fā)的方向所在中壓大容量直流斷路器研發(fā)對比：資料來源：《直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用示范綜述》，2018年12月混合式直流斷路器的基本電路結(jié)構(gòu)：中壓柔性直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備—控制保護設(shè)備目前針對直流系統(tǒng)的控制研究，主要集中在高壓直流輸電和低壓直流微網(wǎng)中，尚沒有成熟的中壓直流配電網(wǎng)的控制策略。不同于高壓直流輸電和低壓直流微電網(wǎng)，中低壓直流配用電系統(tǒng)將存在多個電壓等級，系統(tǒng)內(nèi)除包含獨立并網(wǎng)的分布式電源外，還可能包含直流微電網(wǎng)，將使系統(tǒng)表現(xiàn)出多層級。多層級的控制架構(gòu)可擴展性差，不利于系統(tǒng)內(nèi)大量電力電子設(shè)備實現(xiàn)即插即用以及快速控制的需求。因此，扁平化、易拓展的靈活控制架構(gòu)是未來直流配用電系統(tǒng)的應(yīng)用趨勢，將上層系統(tǒng)部分決策功能下放到終端設(shè)備里可有效提高控制系統(tǒng)的簡易化和實用化。未來針對多電壓等級直流配用電系統(tǒng)級和設(shè)備級保護整體優(yōu)化配置方案將是直流配用電系統(tǒng)保護技術(shù)的重點研究方向。典型項目—許繼園區(qū)交直流互聯(lián)配電示范項目許繼園區(qū)交直流互聯(lián)配電示范項目：許