2023年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

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，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±800kV/5GW级发展，海 外工程也已向±600kV/2GW级迈进，特高压+大容量为国内外柔直发展的必然趋势。

十年磨一剑，我国特高压柔直输电技术已世界领先。自11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11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1100MW。江苏如东 H6、H8、H10海上风电场装机容量分别为 400MW、300MW、400MW，各风电场分 别通过两回220 kV交流海缆汇集于海上换流 站；陆上换流站通过一回交流线路馈入500 kV交流电网。

该工程选取4.5kV/2kA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+320kV/900MW，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DolWin5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16.3GW， 但距离成员国承诺到2030年完成装机111GW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1000亿。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1000kV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，为了满足清 洁能源大基地二期及远期的外送需 求，我们预计至少11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4.5kV/3000kA的IGBT已在张北挂网，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%。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±160kV 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1200MW。

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550kV变压器、直流GIS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：

编辑：火腿肠