2024年电力设备行业研究框架

电力系统与电力设备概述

电力系统组成

电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费的系统。它是将自然界的一次能源通过发电动力 装置转化为电能，再经过输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相 应的信息与控制系统，对电能的生产和输送过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优 质的电能。

整体来看，电力系统可以分为四个组成部分，分别为发电系统、输电系统、配电系统和用电系统。 发电：指将化学能（如煤、天然气、生物质等）、风能、光能、核能、重力势能（如水等）等转化为电能的过程。 输电：指从电站或发电中心向消费电能地区输送大量电力的过程，输电所使用的主干渠道或不同电网之间互送电力的联络渠道称为输电网/系统。 配电：指在消费电能地区将电力分配至用户的过程，直接为用户服务，从输电网到用户之间的配电设备组成的网络，称为配电网/系统。输电和配电都 是电能的传输过程，其设施主要包括变电站和线路等，所有输配电设施连接起来组成输配电网/系统。用电：一般输电系统的电压相对较高，而配电系统电压相对较低，并最终逐级降至工商业和居民用电设备的电压。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压的电网联 系起来。变电站电气设备的种类很多，按其作用、结构和工作原理的不同，使用的条件和要求也不一样，通常将它们分为一次 设备和二次设备两大类。 一次设备：直接生产、输送、分配和使用电能的设备，比控制回路（二次设备）电压高。二次设备：是对电力系统一次设备进行监视、测量、控制、调节和保护的辅助设备，不直接和电能主回路产生联系的设备。

特高压及主网：新能源外送驱动行业高景气发展

特高压是实现大容量、远距离输电的先进技术

特高压输送具备容量大、传输距离远、运行效率高和输电损耗低等显著优势。特高压输电指交流电压等级在1000kV及以上、直流电压在 ±800kV及以上的输电技术，具有输送容量大、传输距离远、运行效率高和输电损耗低等技术优势，是实现远距离电力系统互联，建成联合电力 系统的物理架构基础，是目前全球最先进的输电技术。相较于传统高压输电，特高压输电技术的输电容量将提升2倍以上，可将电力送达超过 2500千米的输送距离，输电损耗可降低约60%，单位容量造价降低约28%，单位线路走廊宽度输送容量增加30%。

特高压包括特高压交流和特高压直流输电。特高压直流输电是用±800kV及以上的直流电压输送电能的方式，其基本工作原理是通过送端换流站 将交流电转变为特高压直流电后，将直流电输送到受端换流站，再由受端换流站将直流电转变为交流电送入受端交流系统，主要目的是输送电 能。特高压交流输电是指1000kV及以上的交流输电，其通过变压器升压和降压，给配送电能带来了极大的方便。

特高压直流是跨区大规模输电最佳解决方案。直流输电所要用到的换流站的造价比交流变电站高，但直流输电线路的造价比交流输电线路 低。随着输送距离的增加，交流输电容量受稳定性限制，需要采取各种技术措施，导致投资增加。因此当输电距离足够远时，直流输电的 经济性就会反超交流输电。

特高压交流电网可实现大容量、远距离输电。特高压交流1回1000kV输电线路的输电能力可达同等导线截面的500kV输电线路的4倍以上， 并且可以大量节省线路走廊和变电站占地面积，显著降低输电线路的功率损耗。通过特高压交流输电线实现电网互联，可以简化电网结构， 提高电力系统运行的安全稳定水平。基于此，特高压交流输电技术可连接煤炭主产区和中东部负荷中心，使得西北部大型煤电基地及风电、 太阳能发电的集约开发成为可能，实现能源供给和运输方式多元化，既可满足中东部的用电需求、缓解土地和环保压力，又可推动能源结 构调整和布局优化、促进东西部协调发展。

直流输电技术可进一步分为常规直流和柔性直流。常规直流输电技术擅长点对点大容量输送电能，能调节电网频率但不能控制电压，不能完整 支撑电网运行。柔性直流输电技术则可同时控制频率和电压，不但能输送电能，而且能调节电压，具有可控性好、运行方式灵活、适用场合多、 系统支撑能力强等优势。在大规模风电场、太阳能等清洁能源并网，孤岛供电、大城市供电，交流电网同步/异步互联，构建直流电网等方面具 有较强的技术优势。

柔性直流是远海风电可靠并网的首选方案。海上风电并网的典型技术路线包括常规交流送出、低频交流送出和柔性直流送出等。和常规交流送 出、低频交流送出技术相比，柔性直流送出技术采用直流电缆输电，避免了交流电缆充电功率造成的输送距离受限问题，同时具备有效隔离陆 上交流电网与海上风电场的相互影响、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等技术优势，是远海风电可靠并网的首选 技术方案，也是目前唯一具有工程实践经验的大规模远海风电并网方案。

直流特高压核心设备价值高，业绩贡献显著

换流变压器、换流阀、组合电器、直流保护系统等为直流特高压核心设备。直流特高压直流输电项目由送、受端换流站以及直流输电线路组成。 直流特高压项目产业链上游为电力设备和材料制造企业，其中电气设备是最重要的组成部分，包括一次设备、二次设备、辅助设备等。特高压 直流换流站设备主要包括：换流设备、GIS组合电以及直流开关场设备。其中，核心设备为换流阀、换流变压器、直流保护系统和GIS组合电器。 中游主要是与工程建设相关的环节，主要包括工程建设、工程设计、设备运输等，其中工程建设和工程设计主要由中国能建和中国电建承担。 下游主要是工程运营和售后服务，其中工程运营主要由三大电网运营商承担，售后服务则由运营商和设备厂商共同承担。

交流特高压核心设备价值量高、集中度高

核心设备市场集中度较高，平高电气、中国西电、特变电工以及保变电气等份额较高。根据我们对交流特高压项目历年中标结果的统计， 1000kV组合电器市场主要由平高电气、中国西电等主导，1000kV变压器方面中标量较多的公司为特变电工、保变电气和中国西电，1000kV电 抗器市场主要参与为中国西电、特变电工以及保变电气。综上所述，交流特高压项目中，1000kV组合电器、1000kV变压器和1000kV电抗量价 值量较高，市场份额较为集中，平高电气、中国西电、特变电工以及保变电气等公司市场份额较高。

配网：配网投资有望加速，关注数字化方向

分布式能源和电能替代背景下，凸显配网建设的必要性

我国分布式能源与新能源汽车快速发展，有力推动配电网建设需求： 我国多省市电网对分布式光伏承接能力受限，加强配网建设迫在眉睫。近年来我国分布式光伏快速发展，但因其发电的输出因受光照、风力 、温度等自然条件不可控因素影响，以多点、多元、分散、间隙、随机的高比例接入配电网，让电网消纳始终处于波动状态，对电力平衡调 节和电网安全承载带来较大的隐患。山东省能源局于2023年12月发布的《关于发布分布式光伏接入电网承载力评估结果的公告》指出，2024 年山东省内有37个县（市、区）的分布式光伏出力将向220千伏及以上电网反送电，新增分布式光伏出力无法在县域范围内消纳，意味着37个 县区无法新增分布式光伏；此外，全省136个县中，有53个县（市、区）低压配网接网预警等级为“受限”。河南省则有50%以上的区域分布 式光伏承载力评估等级为红色，情况愈发严峻。因此，分布式新能源对我国配电网安全形成考验，加强配网建设迫在眉睫。

充电桩的接入对配电网安全形成挑战，同样需求加强配电网建设。伴随着充电桩建设数量和充电功率的大幅提升，充电桩对配电网的主要影 响：1）加大负荷峰谷差距，导致线路重载和变压器负载。电动车充电行为通常与居民日常负荷曲线高度重合，会造成峰上加峰，导致峰谷差 距加大。负荷高峰会严重影响供电的安全与平稳。2）电压偏移与电压越限。供电系统由于负荷变化，系统中各节点的电压会随之改变，偏离 系统电压额定值，即电压偏移，电压偏移会影响电能质量。由于充电桩充电的瞬时功率很大，容易引起电压偏移加大，甚至超过规定限值， 即电压越限，严重影响配电网安全。

与需求迫切性形成鲜明对比的是，配电网投资增速、占比投资额自20年起逐年降低。国家电网21-23年投资额分别为4916/5006/5277亿元，同 比+0.4%/1.8%/5.4%，其中输电网投资额分别为1909/2067/2374亿元，同比+2%/8%/15%，配电网投资额分别为2814/2754/2901亿元，同比 +1%/-2%/5%，配电网投资增速连续三年低于输电网。从比例来看，配电网投资占比由2019年的67%逐步下降至2023年的55%，主要系过去几年 主网叠加特高压投资挤占配网投资金额的影响，伴随配电网线路长度及占比提升，同时数字化改造需求旺盛，配电网投资增速提升确定性较 高，配电网投资占比有望增加。电网形态将从传统的单一式电网转向大电网与分布式智能电网共存，故此我们认为尽管投资总量增速有限， 但将出现结构性切换，电网投资逐步向电力数字化以及配电网侧倾斜。

出海：海外电网投资提速，关注变压器与电表出海

变压器的原理、分类以及成本拆分

变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置。变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线 圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。以我国电力系统为例，发电 机输出的中压电能需经变电环节升至110kV～1000kV，方能实现大规模、低线损的远距离输电，电能输送至用电区域后需降至110kV～10kV分 配和接入各类工业企业、公建设施等用电负荷较大的终端用户，最后再降至低压380/220V分配和接入低压用户。

变压器可分为运行在主干电网的电力变压器和运行在终端的配电变压器两大类。1）电力变压器：用于较高电压的输电网升压降压应用(400kV、 200kV、110kV、66kV、33kV)，额定容量一般在200MVA以上。2）配电变压器：配电变压器用于低压配电网（11kV、6.6kV、3.3kV、440V、 230V），作为终端用户连接的手段，可将电网中的高压电转换为可在工业企业、共建设施、城乡居民中使用的低压电力，一般额定小于 200MVA。在网外，光伏、风电以及储能等新能源也通过配电变压器升压并入电网。在美国电力变压器与配电变压器区分的电压等级通常为 69kV或72kV。

报告节选：

编辑：火腿肠