2022年直流裝備行業(yè)深度分析報告

正文目錄

投資聚焦..................................................................2

1.歷經(jīng)百余年,直流踏上規(guī)模化征途..................................5

1.1,十九世紀(jì)末，交流贏得電氣化時代主導(dǎo)權(quán)..............................5

1.2.電力電子技術(shù)問世保留直流用電小天地................................5

1.3.晶閘管開啟直流輸電新篇章：逆變時代................................6

1.4.可控關(guān)斷器件大幅提升換流性能.......................................7

1.5.下個百年，能源革命全面打開直流規(guī)模化空間..........................9

2.直流應(yīng)用場景豐富,市場空間巨大..................................10

2.1.高壓直流助力遠(yuǎn)距離大容量分區(qū)互聯(lián)送電..............................10

2.2.中低壓直流支撐配電網(wǎng)高效智能運(yùn)行..................................15

2.3.新型電力系統(tǒng)政策助力實(shí)現(xiàn)交直流混合電網(wǎng)...........................19

2.4.交直流混合電網(wǎng)打開直流裝備市場空間...............................20

3.直流核心設(shè)備壁壘高筑、格局優(yōu)良..................................21

3.1.換流閥是實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備..................................22

3.2.直流變壓器可打通“直”流通道.........................................23

3.3.直流斷路器同為高度電力電子化裝置..................................24

3.4.直流設(shè)備競爭格局優(yōu)良，上游潛力十足...............................25

4.投資建議.........................................................26

4.1.公司彈性與行業(yè)趨勢分析.............................................26

4.2.國電南瑞：直流輸配電、調(diào)度、繼保、信通的絕對龍頭................27

4.3.許繼電氣：集團(tuán)股權(quán)變更完成，直流輸配電業(yè)務(wù)釋放業(yè)績彈性.........28

4.4.積極關(guān)注上游功率器件與直流電容行業(yè)機(jī)會...........................29

5.風(fēng)險提示.........................................................29

圖表目錄

圖表1:交流電與“旋轉(zhuǎn)”緊密相連..............................................5

圖表2：交流電利用線圈匝數(shù)不同方便變壓........................................5

圖表3:交直流變換過程........................................................6

圖表4:三相全橋二極管整流電路將交流電變?yōu)橹绷麟?............................6

圖表5:基于晶間管的三相全橋整流逆變電路（逆變在右）.........................7

圖表6:塞于IGBT和模塊化多電平結(jié)構(gòu)的的三相換流器...........................8

圖表7:直流合環(huán)解決交流電網(wǎng)規(guī)?；款i.......................................10

圖表8:我國已經(jīng)或即將建成的高壓直流工程....................................11

圖表9:兩個五年風(fēng)光大基地裝機(jī)規(guī)劃...........................................12

圖表10:江蘇電網(wǎng)多直流饋人短路比與引發(fā)換相失敗短路故障比例................13

圖表11:重慶與華中電網(wǎng)柔直互聯(lián).............................................13

圖表12：廣東電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)....................................................13

圖表13：北京電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)設(shè)想................................................14

圖表14：內(nèi)蒙古與華北電網(wǎng)柔直互聯(lián)設(shè)想.......................................14

圖表15:舟山五端柔直工程....................................................14

圖表16:張北四端柔直工程....................................................14

圖表17：新疆-青海四端柔直工程設(shè)想...........................................15

圖表18：南京四端柔直工程設(shè)想................................................15

圖表19：中低壓直流用于單端整流逆變.........................................15

圖表20：中低壓直流用于柔性合環(huán).............................................15

圖表21：中低壓直流用與交直流多端混合運(yùn)行...................................16

圖表22：中低壓“含直”項目趨勢.............................................17

圖表23:我國已經(jīng)或即將建成的中低壓“含直”項目.............................17

圖表24：蘇州同里中低壓直流配電網(wǎng)架構(gòu).......................................18

圖表25:杭州市大江東柔性多狀態(tài)開關(guān)站.......................................19

圖表26:寧波北侖三臺區(qū)柔直互聯(lián)集裝箱.......................................19

圖表27:未來交直流混合電網(wǎng)的形態(tài)............................................20

圖表28:2021-2030年換流閥相關(guān)市場規(guī)模預(yù)計.................................20

圖表29:2021-2030年換流閥相關(guān)市場增長預(yù)計.................................21

圖表30:直流核心電力電子化設(shè)備一覽.........................................21

圖表31:直流關(guān)鍵輔助設(shè)備一覽................................................22

圖表32：換流閥塔結(jié)構(gòu)........................................................22

圖表33:換流閥子模塊結(jié)構(gòu)....................................................22

圖表34:配網(wǎng)柔直換流閥實(shí)物圖................................................23

圖表35:基于雙有源全橋的直流變壓單元.......................................23

圖表36:塞于ISOP-DAB的直流變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與實(shí)物圖..........................24

圖表37:混合型直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與外觀.....................................25

圖表38:已建的±300kV及以上柔直換流閥市場份額占比.........................25

圖表39:直流設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈分布..................................................26

圖表40:直流設(shè)備龍頭公司利潤彈性測算.......................................26

圖表41:國家電網(wǎng)近兩年招標(biāo)采購公告次數(shù)明顯抬升.............................27

圖表42：國電南瑞盈利預(yù)測....................................................28

圖表43:許繼電氣盈利預(yù)測....................................................29

1.歷經(jīng)百余年，直流踏上規(guī)?；魍?/p>

1.1.十九世紀(jì)末，交流贏得電氣化時代主導(dǎo)權(quán)

十九世紀(jì)末，以尼古拉?特斯拉為代表的交流輸電陣營和以托馬斯?阿爾瓦?愛

迪生為代表的直流輸電陣營對開啟電氣化時代的技術(shù)路線進(jìn)行了激烈的爭論。特斯拉

利用交流電制作兩相交流發(fā)電機(jī)，并使得尼亞拉水電站發(fā)出的3750kW功率，一直送到

40km以外，而同期的直流發(fā)電機(jī)最大僅有500kW的出力，供電半徑只在30km以內(nèi)。

交流輸電技術(shù)率先贏得了電氣化時代的主導(dǎo)權(quán)。

>交流電為何能贏？

1）交流電可以變壓：在當(dāng)時，直流電被認(rèn)為是無法變壓的，因此110V小型低壓

直流電的輸送距離僅為2km以內(nèi)，隨后便損耗殆盡。而交流電利用電磁感應(yīng)定律，僅

僅依靠鐵塊和匝數(shù)不同的線圈便可實(shí)現(xiàn)變壓，獲得了高電壓“遠(yuǎn)距離”輸電能力，兔

去了建造大量直流發(fā)電站的困擾。

2）交流電成本優(yōu)勢巨大：不僅免去建造大量直流發(fā)電站，交流發(fā)電機(jī)、交流變

壓器、交流電動機(jī)還打通了發(fā)輸用全環(huán)節(jié)，核心器件僅為導(dǎo)體和鐵塊，制造難度低，

原材料獲取容易。

以當(dāng)時的情形看，交流電已經(jīng)能夠完全勝任電氣化時代發(fā)展的需要，各種終端電

器都按交流電的原則設(shè)計，龐大的交流電力系統(tǒng)逐漸形成，直流電接近退出歷史的舞

臺。

圖表1:交流電與“旋轉(zhuǎn)”緊密相連圖表2:交流電利用線圈匝數(shù)不同方便變壓

原線圈副線圈

閉合鐵芯

(a)o>/-0*(b)?/-60*(c)I20*

來源：《電機(jī)學(xué)》，國聯(lián)證券研究所來源：特變電工，國聯(lián)證券研究所

1.2.電力電子技術(shù)問世保留直流用電小天地

1904年，正在交流電大放異彩之時，第一只利用燈泡制作的“真空二極管”由

約翰?安布羅斯?弗萊明發(fā)明問世，開啟了電力電子技術(shù)的先河。

電力電子技術(shù)的出現(xiàn)使得交流電與直流電互相轉(zhuǎn)換成為可能。一般稱交流變直

流的過程為整流、直流變交流的過程為逆變。

圖表3:交直流變換過程

輸入/輸出交流電直流電

交流電AC/AC變換：交流變壓、變頻、調(diào)相AC/DC變換：整流

DC/DC變換：直流變壓

直流電DC/AC變換：逆變

（buck/boost變壓、隔離變壓）

來源：國聯(lián)證券研究所

最早被應(yīng)用的是二極管整流電路，三相全橋式的基礎(chǔ)原理一直被沿用至今。隨后

1930年代，更大功率的水銀整流器（汞弧閥）也出現(xiàn)了，它被廣泛地應(yīng)用于電解、

電車、電氣軌道、直流電動機(jī)等原有場合，直流負(fù)荷也出現(xiàn)一些增長。但在彼時，直

流電基本只占負(fù)荷端的一小部分，交流電占據(jù)絕對統(tǒng)治地位。

二極管和常規(guī)的汞弧閥只要電壓差為正，便可導(dǎo)通，因此只能用于整流，無法用

于逆變。

1.3.晶間管開啟直流輸電新篇章：逆變時代

1943年，雖然也出現(xiàn)了帶柵極控制的汞弧閥，制成了可用于直流輸電的逆變器，

但汞弧閥存在逆弧、熄弧、溫控復(fù)雜、啟動需預(yù)熱、參數(shù)低等缺點(diǎn)，無法大規(guī)模應(yīng)用。

直到1957年，美國通用電氣公司研制出第一只晶網(wǎng)管，逆變器才真正誕生。晶

間管與二極管的主要區(qū)別在于多了個門極：當(dāng)有正向電壓差時，二極管立即導(dǎo)通，晶

閘管還需要門極的觸發(fā)電流才能導(dǎo)通。

用于逆變器時，只要控制晶閘管在出現(xiàn)正向壓差時按次序?qū)?，便可?shí)現(xiàn)輸出三

相交變電流，是典型的電流源換流裝置。

逆變器的出現(xiàn)，極大地推動了直流輸電的發(fā)展。1960年，太陽能通過逆變器第

一次并網(wǎng)發(fā)電，使得以可再生能源為基礎(chǔ)的能源變革有了可能。1972年-2000年，世

界共有56項基于晶閘管的直流榆電工程投入運(yùn)行，電壓等級最高達(dá)±600kV,輸電距

離長達(dá)1700km,直到現(xiàn)在，基于晶間管的換流裝置依然是高壓直流輸電領(lǐng)域的主流

技術(shù)之一。

圖表5:基于晶間管的三相全橋整流逆變電路（逆變在右）

來源：國聯(lián)證券研究所

顯然，由于晶閘管只能控制導(dǎo)通，不能控制關(guān)斷，基于它的整流逆變系統(tǒng)也有一

些缺點(diǎn)：

1）依賴強(qiáng)交流系統(tǒng)提供換相電壓：晶閘管關(guān)斷只能依靠反向壓差自然關(guān)斷，所

以交流系統(tǒng)必須有穩(wěn)定的電壓，因此只能向相對強(qiáng)壯的有源交流網(wǎng)絡(luò)供電，這也叫做

有源逆變或電網(wǎng)換相換流器（LCC）；

2）可能出現(xiàn)換相失?。壕чl管恢復(fù)阻斷狀態(tài)需要時間，如果某橋臂不能在下一

次正向壓差出現(xiàn)前恢復(fù)阻斷，那么下一次正向壓差來了該橋臂就不受控制直接導(dǎo)通，

出現(xiàn)換相失敗的情況。交流系統(tǒng)故障后，橋臂電流加大尤其容易導(dǎo)致連續(xù)換相失敗，

使得直流系統(tǒng)必須關(guān)停重啟：

3）功率反轉(zhuǎn)只能反轉(zhuǎn)電壓極性：由于晶閘管反向阻斷的特點(diǎn)，電流流向是固定

的，比如上圖中電流只能順時針流轉(zhuǎn)，因此，反轉(zhuǎn)功率只能反正電壓極性，只能關(guān)停

系統(tǒng)改變晶閘管觸發(fā)時序后再重啟，引起功率臨時中斷。

4）感性換流器需配置無功補(bǔ)償：晶間管閥段含飽和電抗器，呈感性換流器特性，

建立電流需從交流系統(tǒng)吸收大量無功功率，因此還得為交流系統(tǒng)配置大量無功補(bǔ)償。

5）交直流波形質(zhì)量較差：晶閘管開關(guān)頻率只能與交流頻率相同，發(fā)出的電流電

壓諧波含量較大，因此得為系統(tǒng)配置大量交直流濾波器。

基于上述考慮，晶聞管直流輸電一般只用于點(diǎn)到點(diǎn)兩端大容量遠(yuǎn)距離輸電用途，

無法獨(dú)立存在，僅為交流主系統(tǒng)的有益補(bǔ)充。

1.4.可控關(guān)斷器件大幅提升換流性能

為應(yīng)對晶閘管不可關(guān)斷的問題，1970-1980年代，門極可關(guān)斷晶閘管（GT0）、集

成門極換相晶閘管（IGCT）、雙極型晶體管（BTJ）、場效應(yīng)晶體管（MOSFET）等全控

型器件相繼問世。

1980年代后期，絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）結(jié)合了MOSFET的驅(qū)動功率小、

開關(guān)速度快和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主要器

件。1990年代，基于可控關(guān)斷器件的電壓源換流器和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)開始用于直

流輸電，我國于2006年將其統(tǒng)一命名為“柔性直流輸電”。隨著電力電子技術(shù)的不斷

進(jìn)步，器件性能逐漸提升，2010年11月，第一個基于模塊化多電平換流器（MMC）

的柔性直流輸電工程于美國投運(yùn)，標(biāo)志著柔性直流輸電技術(shù)趨于成熟。

圖表6:基于IGBT和模塊化多電平結(jié)構(gòu)的的三相換流器

來源：《柔性直流榆電系統(tǒng)》第二版，國聯(lián)證券研究所

基于IGBT和模塊化多電平的柔直輸電技術(shù)幾乎解決了傳統(tǒng)晶閘管直流的所有缺

點(diǎn)：1）

1）電壓源換流器運(yùn)行不依賴于交流系統(tǒng)：只要能給子模塊電容充上電，它的運(yùn)

行與交流系統(tǒng)電能質(zhì)量無關(guān)，因此既可以向無源系統(tǒng)供電，也可以送不穩(wěn)定的新能源，

還可以執(zhí)行虛擬同步電機(jī)的控制策略。

2）可關(guān)斷器件不存在換相失敗的問題：自身的運(yùn)行不受交流系統(tǒng)故障的影響。

3）支持功率即時反轉(zhuǎn)：半橋結(jié)構(gòu)的子模塊存在多種電流通路，因此無需停電便

可依靠調(diào)整功率模塊開關(guān)節(jié)奏實(shí)現(xiàn)功率反轉(zhuǎn)。

4）容性換流器可以支撐交流高質(zhì)量運(yùn)行：子模塊中含有大量電容，本身可以通

過改變控制策略實(shí)現(xiàn)收發(fā)無功，對交流系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5）多電平高頻率（幾kHz）運(yùn)作：輸出波形無限接近目標(biāo)值，幾乎沒有諧波。

當(dāng)然，柔性直流輸電也存在一些階段性問題，除了損耗、成本以外，主要有以下

兩個：

1）直流側(cè)短路故障無法自清除：半橋結(jié)構(gòu)的MMC換流器依賴子模塊電容提供直

流電壓，當(dāng)系統(tǒng)直流側(cè)發(fā)生短路故障時，無法阻止短路電流流經(jīng)功率模塊，為保護(hù)功

率模塊，只能閉鎖直流系統(tǒng)，開斷交流系統(tǒng)斷路器抵御故障。

2）器件承壓通流能力有限：IGBT元件電壓等級和容量暫時不大，用于高壓大容

量輸電時，只能通過更多的串并聯(lián)來解決，這會帶來成本大幅增加、器件一致性難以

保障、控制復(fù)雜度上升等問題。

針對第一個問題，目前已經(jīng)可以通過高速直流斷路器、全橋子模塊、鉗位雙子模

塊或交叉型子模塊來解決問題。

針對第二個問題，需要通過大力發(fā)展壓接式IGBT、提升半導(dǎo)體制造工藝等途徑

持續(xù)予以解決。本質(zhì)上，上述問題均為成本問題。

1.5.下個百年，能源革命全面打開直流規(guī)?；臻g

在國際技術(shù)路線的引導(dǎo)下，我國的電力發(fā)展從開始就建立了以火電和交流電為主

的用能方式。直到1987年，第一回100kV的常規(guī)直流工程才在舟山投運(yùn)，1990年，

±500kV的葛洲堀-上海常規(guī)直流工程投運(yùn)，隨后，2000年以后才有新的直流輸電工

程投運(yùn)。

能源革命與再電氣化時代的趨勢，無疑將加速直流技術(shù)的應(yīng)用。從新時代的視角

來看，直流與交流技術(shù)之間也出現(xiàn)一些新的變化，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

>交流隱憂浮現(xiàn)

1）交流存在規(guī)?；款i：短路電流是電力設(shè)備最重要的耐受指標(biāo)，交流電網(wǎng)規(guī)

模越大，短路電流越大，所有設(shè)備都會面臨短路電流超標(biāo)問題；另外閉環(huán)運(yùn)行的交流

故障容易互相傳導(dǎo)，從而有引發(fā)大面積故障的風(fēng)險，還有電磁環(huán)網(wǎng)的問題。這就導(dǎo)致

交流電網(wǎng)通常會閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運(yùn)行，僅在需要時進(jìn)行開關(guān)操作重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2）交流潮流按自然阻抗分布，設(shè)備利用效率低下：傳統(tǒng)交流設(shè)備是典型的被動

設(shè)備，可控性低，僅依靠開關(guān)進(jìn)行0-1操作，這就導(dǎo)致系統(tǒng)阻抗特性幾乎固定，潮流

分布基本依賴于負(fù)荷和電源分布。但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，負(fù)荷的分布呈現(xiàn)出空間

不均、時間上也不均的特點(diǎn)，而未來風(fēng)光電源大量進(jìn)場又會引起電源在時間空間上的

分布也開始不可控。潮流分布不均引起交流設(shè)備呈現(xiàn)嚴(yán)重過載、效率低下并存的問題。

3）直流電源和直流負(fù)荷并網(wǎng)效率低下，影響交流系統(tǒng)安全：能源革命背景下，

大量直流電源如風(fēng)電、光伏、電池儲能等，大量直流負(fù)荷如數(shù)據(jù)中心、電動交通工具、

變頻負(fù)荷等，不斷涌現(xiàn)。直接對交流系統(tǒng)并網(wǎng)需經(jīng)2級變換，且一般并脫網(wǎng)頻繁，每

次并網(wǎng)均需相位同步，并網(wǎng)效率低下。大量直流裝置并網(wǎng)同時還削弱了交流系統(tǒng)自身

的慣量，威脅交流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為解決這個問題，要么使用更大更強(qiáng)的交流系統(tǒng)，

要么直接使用直流系統(tǒng)。

4）交流升降壓綁定功率流向：交流變壓器無法頻繁、滿容量換方向運(yùn)行，它在

接線組別、分接開關(guān)、線圈匝數(shù)位置、保護(hù)配置均存在一些問題，頻繁換方向不僅影

響變壓器使用壽命，也會對交流系統(tǒng)造成沖擊。能源革命背景下，配電網(wǎng)“源網(wǎng)荷儲”

一體化特征明顯，分布式電源在未來集中大發(fā)的可能性加大，如何收集配電網(wǎng)盈余電

力進(jìn)行外送，實(shí)現(xiàn)更高層次、更加靈活的電力市場，是未來值得探究的方向。

5）交流電網(wǎng)穩(wěn)定難度加大：交流需要電壓、頻率、相位、波形四重穩(wěn)定性，過

去依賴于系統(tǒng)慣性，未來慣性削弱、規(guī)模化大電網(wǎng)的背景下，穩(wěn)定難度越來越大。

>直流優(yōu)勢顯現(xiàn)

1）直流互聯(lián)解決交流規(guī)模化問題：利用基于直流技術(shù)的合環(huán)裝置，可以幫助交

流系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)行。這不僅不會引起短路電流超標(biāo)等問題，而且還可以實(shí)現(xiàn)交流電

網(wǎng)之間互聯(lián)互濟(jì)互為熱備用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化的能源運(yùn)輸體系。

圖表7:直流合環(huán)解決交流電網(wǎng)規(guī)?；款i

交流電壓源交流電壓源交流電壓源交流臺環(huán)等放電路宜流合環(huán)等效電珞

來源：國聯(lián)證券研究所

2）直流電源和直流負(fù)荷可無縫接入：大量直流電源和直流負(fù)荷直接接入直流系

統(tǒng)，僅需DC/DC一級變換，真正實(shí)現(xiàn)即插即用。這可以把原本分散的直流裝置整合為

等效的大規(guī)模直流裝置，不僅大大減少了交流與直流并網(wǎng)點(diǎn)位，而且大規(guī)模直流裝置

有助于執(zhí)行更多種控制策略，進(jìn)而幫助交流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，其內(nèi)部也可以實(shí)現(xiàn)更加靈

活穩(wěn)定的運(yùn)行。

3）雙向直流變壓器實(shí)現(xiàn)空間上立體化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：直流變壓器可實(shí)現(xiàn)功率雙向

運(yùn)行，某區(qū)域配電網(wǎng)盈余電力可經(jīng)直流變壓器頻繁地、滿容量地向上級電網(wǎng)送電，從

而經(jīng)更高電壓等級的電網(wǎng)送至遠(yuǎn)方。結(jié)合儲能與直流變壓器，未來電力在時間和空間

上都可以更加平衡，實(shí)現(xiàn)立體網(wǎng)格化能源運(yùn)輸體系。

4）直流穩(wěn)定僅需電壓穩(wěn)定：直流系統(tǒng)沒有無功、頻率為零，只要功率平衡電壓

即可穩(wěn)定，電力電子化裝置控制迅速，穩(wěn)定機(jī)制相對簡單。

5）直流輸電距離沒有上限：直流不存在電感和電容，與周圍的環(huán)境沒有耦合影

響，架空、地下、水下輸電一視同仁，只要提升電壓等級，其輸電距離沒有理論上限。

我國目前最長直流線路長達(dá)3300km,已完全滿足國內(nèi)需求。

6）直流的無線電干擾、電暈、噪聲等電磁環(huán)境問題均小于交流。

綜合以上觀點(diǎn)，我們認(rèn)為，過去的100多年全球建設(shè)了以交流同步電網(wǎng)、水火核

等旋轉(zhuǎn)電源、電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)負(fù)荷為主的電力系統(tǒng)。而未來的增量，將更加可能以直流

電力電子電網(wǎng)、風(fēng)光靜止電源、電池等產(chǎn)消負(fù)荷為主的電力系統(tǒng)。最終形成“交直流

混合電力系統(tǒng)”，直流技術(shù)面臨很大的發(fā)展空間。

2.直流應(yīng)用場景豐富，市場空間巨大

按電壓等級，我們將直流初步分為高壓直流（35kV及以上）與中低壓直流（10kV

及以下）。其功能與應(yīng)用場景有相同也有不同。

2.1.高壓直流助力遠(yuǎn)距離大容量分區(qū)互聯(lián)送電

高壓直流主要可用于1）大容量點(diǎn)對點(diǎn)送電；2）電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)：3）直流多端組

網(wǎng)；4）海上風(fēng)電送出。高壓直流包括特高壓直流，特高壓直流受制于全控型功率器

件IGBT的制造水平，目前幾乎全部采用了基于晶間管的常規(guī)直流技術(shù)，幾乎全部用

于點(diǎn)對點(diǎn)單向送電，以及不常換方向運(yùn)行的電網(wǎng)互聯(lián)（如云貴、靈寶、高嶺、黑河、

閩粵互聯(lián)等）。截止至2022年3月底，我國已經(jīng)或即將建成的高壓直流工程如下所示：

圖表8:我國已經(jīng)或即將建成的高壓直流工程

電壓等送電能力（萬線路長

高壓直流工程建成時間技術(shù)作用

級（kV）kw）度（km）

±1100吉泉直流：昌吉-古泉201912003324常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

云廣直流I回：楚雄-穗東20095001373常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

復(fù)奉直流：向家壩一上海20106401907常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

錦蘇直流：錦屏一蘇南20127202059常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

云廣直流11回：普洱-僑鄉(xiāng)20145001413常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

天中直流：哈密南一鄭州20148002192常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

賓金直流：溪洛渡左岸一浙江金華20148001653常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

糯扎渡直流：糯扎渡-廣東20165001441常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

靈紹直流：靈武-紹興20168001720常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

祁韶直流：酒泉一湖南20178002383常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

雁淮直流：晉北-江蘇20178001119常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

±800魯固直流：扎魯特-青州201710001234常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

新東直流：滇西北-廣東20185001953常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

錫泰直流：錫盟-泰州201810001620常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

昭沂直流：上海廟?山東201910001238常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

青豫直流：海南州-鄭州20208001587常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

一端對兩端送電

昆柳龍直流：烏東德-廣東廣西20208001452送常受柔

受端互聯(lián)支撐

雅中一江西20218001711常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

陜北-湖北20228001137常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

白鶴灘-江蘇20228002087送常受混兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

白鶴灘-浙江20228002140常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

±660寧東直流：寧東-山東20114001335常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

葛南直流：葛洲壩-上海19901201045常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

天廣直流：天生橋-廣州2001180960常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

三常直流：三峽-常州2003300860常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

三廣直流：三峽-廣東2004300975常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

貴廣直流I回：高坡-肇慶2004300936常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

三滬直流I回：宜都-華新20063001040常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

±500貴廣直流11回：興仁-寶安20073001194常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

德寶直流：寶雞-德陽2009300534常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

呼遼直流：呼倫貝爾-遼寧2010300908常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

三滬直流11回：荊門-楓涇20113001106常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

溪洛渡直流：溪洛渡右岸-從西20146401223常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

金中直流：金沙江中游-廣西20163201119常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

永富直流：永仁-富寧2016300569常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

±160:200±160:常直

魯西背靠背直流聯(lián)網(wǎng)20170兩端背靠背互聯(lián)

±350:100±350:柔直

云貴互聯(lián)直流：祿勸-肇慶2020300391常直兩端互聯(lián)支撐

張北柔性直流電網(wǎng)2020450648柔直四端直流電網(wǎng)

±420渝鄂背靠背柔性直流聯(lián)網(wǎng)20192500柔直兩端背靠背互聯(lián)

±400青藏直流：柴達(dá)木-拉薩20111201038常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

±400三峽如東海上風(fēng)電柔直送出2021110108柔直一端風(fēng)電對一端送電

對弱交流電網(wǎng)送電

±320廈門柔性直流輸電201510011柔直

（廈門島）

±300廣東電網(wǎng)大灣區(qū)南粵直流背靠背20223000柔直廣東電網(wǎng)直流分區(qū)

±200舟山多端柔性直流輸電201440/20/10/10142柔直五端弱交互聯(lián)支撐

120/167靈寶背靠背及其擴(kuò)建2005/200936/750常直兩端背靠背互聯(lián)

±160南澳多端柔性直流輸電20132041柔直三端風(fēng)電對一端送電

±125高嶺背靠背2008/201275/1500常直兩端背靠背互聯(lián)

±125黑河背靠背2011750常直中俄兩端背靠背互聯(lián)

±100閩粵直流聯(lián)網(wǎng)工程20222000常直國網(wǎng)對南網(wǎng)送電

100舟山跨海直流1987554常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

50峰泗跨海直流2003666常直兩端點(diǎn)對點(diǎn)送電

±35上海南匯20111.810柔直兩端互聯(lián)支撐

來源：國家電網(wǎng)，南方也網(wǎng)，國聯(lián)證券研究所

>高壓直流用于大容量點(diǎn)對點(diǎn)送電

1）市場空間：我國能源分布不均，西電東送需求迫切。根據(jù)國家發(fā)改委和能源

局《以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地規(guī)劃布局方案》，十四五期

間將新增電力外送需求15000萬kW,十五五期間將新增16500萬kW,而現(xiàn)存外送通

道送電能力總計9400萬kW,其中僅剩約4000萬kW尚未利用，因此，兩個五年外送

通道缺口達(dá)27500萬kW,折合800萬kW特高壓通道約34條。這還沒有計算東北、

西南等地送出需要，實(shí)際需求可能更高。

圖表9:兩個五年風(fēng)光大基地裝機(jī)規(guī)劃

十四五（萬千瓦）十五五（萬千瓦）總計（萬千瓦）

序號基地名稱

新能源本地外送新能源本地外送新能源本地外送

1庫布齊沙漠39001500240042008100

2烏蘭布和沙漠210011001000

3騰格里沙漠4500120033001140020300

9000165001400031500

4巴丹吉林沙漠230012001100

5采煤沉陷區(qū)37000370003700

6其他沙漠和戈壁350003500990013400

總計2000050001500025500900016500455001400031500

來瓊：國家能源局，國聯(lián)證券研究所

2）技術(shù)選擇：過去高壓直流尤其是特高壓直流在點(diǎn)對點(diǎn)送電均采用了常規(guī)直流

技術(shù)方案。由于常規(guī)直流存在換相失敗的風(fēng)險，因此在多條直流饋入受端交流電網(wǎng)的

情況下，故障易引發(fā)連續(xù)換相失敗導(dǎo)致多條直流連續(xù)閉鎖，從而引發(fā)大級別電網(wǎng)事故。

圖表10:江蘇電網(wǎng)多直流饋入短路比與引發(fā)換相失敗短路故障比例

直流名稱多饋入短路比引發(fā)換相失敗的短路故障比例

白鶴灘-江蘇5.8835.77%

彬長直流1000kV4.0226.83%

彬長直流500kV2.7724.39%

錫泰直流1OOOkV5.4250.41%

錫泰直流500kV4.5447.15%

雁淮直流3.9535.77%

錦蘇直流3.3526.02%

龍政直流7.6522.76%

注：通常認(rèn)為，多饋入短路比大于3時，直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗后，可以正?；謴?fù)回來

來源：《柔性直流分區(qū)技術(shù)在多直流饋人的受端電網(wǎng)中的應(yīng)用研究》，國聯(lián)證券研究所

另外送端也存在交流電網(wǎng)薄弱、無功支撐不足，大量新能源并網(wǎng)，更加容易引起

當(dāng)?shù)亟涣飨到y(tǒng)電壓波動，從而導(dǎo)致送端換相失敗。

采用全柔直當(dāng)然是技術(shù)上的更優(yōu)選擇，但目前功率器件尚未達(dá)到800kV、800MW

的實(shí)用要求。因此中短期內(nèi)將更多采用水火風(fēng)光打捆送出、常柔混合技術(shù)、受端分

區(qū)、多配SVG和調(diào)相機(jī)等電壓和慣性支撐設(shè)備，來抵御和緩和換相失敗帶來的不利

結(jié)果。器件和成本達(dá)標(biāo)后，可直接采用全柔直技術(shù)根治此問題。

>高壓直流用于電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)

未來，電網(wǎng)之間互濟(jì)的需求會愈發(fā)強(qiáng)烈，且功率將頻繁轉(zhuǎn)向，因此這個場景幾乎

會全部采用柔性直流技術(shù)，并適用于35kV-500kV的交流電網(wǎng)。

過去的典型案例包括渝鄂背靠背、魯西背靠背、廣東背靠背等。未來例如北京、

江蘇、以及區(qū)域電網(wǎng)之間，均存在柔直分區(qū)互聯(lián)的設(shè)想。

圖表11:重慶與華中電網(wǎng)柔直互聯(lián)圖表12:廣東電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)

■

東

分

區(qū)

來源：《渝鄂弁步互聯(lián)對華中電網(wǎng)運(yùn)行特性的影響》，國聯(lián)證來源：《廣東電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架方案論證與建議》，國聯(lián)證券■研究所

家研究所

圖表13:北京電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)設(shè)想圖表14：內(nèi)蒙古與華北電網(wǎng)柔直互聯(lián)設(shè)想

一

$鬻

魚

華

-北

電

網(wǎng)

來源：《柔性直流背靠背裝更在北京配電網(wǎng)中的應(yīng)用》,來源：《內(nèi)蒙古電網(wǎng)―華北電網(wǎng)柔性直流背靠背聯(lián)網(wǎng)初探》，國聯(lián)證卷研究所

國聯(lián)證券研究所

>高壓直流用于直流多端組網(wǎng)

分區(qū)互聯(lián)可視為兩端組網(wǎng)，直流多端組網(wǎng)是電網(wǎng)分區(qū)聯(lián)運(yùn)的高級形態(tài)，借助直流

遠(yuǎn)距離、低損耗輸電的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)分區(qū)、更大范圍之間的互聯(lián)互濟(jì)。

多端直流系統(tǒng)的高效運(yùn)行依賴于直流斷路器技術(shù)的發(fā)展。我國2016年底由聯(lián)研

院自主研發(fā)的200kV高壓直流斷路器應(yīng)用于舟山五端柔直系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了帶電投退、故

障快速隔離與恢復(fù)的功能，工程可用率從87%提升至99%。2020年投運(yùn)的張北多端柔

直工程不僅將系統(tǒng)電壓等級提升至500kV,同時實(shí)現(xiàn)了500kV直流斷路器的研制與投

運(yùn)，代表我國的柔性直流技術(shù)站上世界前列。

未來在柔直技術(shù)和成本越發(fā)成熟的條件下，多端柔直工程在地區(qū)級電網(wǎng)中有望得

到更多應(yīng)用。

圖表15:舟山五端柔直工程圖表16:張北四端柔直工程

來源：《舟山五端柔性直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式和控制模式》，國聯(lián)證券研究所來源：《張北500kV直流電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究》，國就證券研究所

證券研究所證券研究所

>高壓直流用于海上風(fēng)電送出

由于交流海纜與海水之間的電容效應(yīng)，使得系統(tǒng)首末端面臨嚴(yán)重的過電壓，需要

加裝并聯(lián)電抗器予以抵消。但隨著海纜長度加大，并聯(lián)電抗器的成本也隨之上升。由

于電容效應(yīng)與系統(tǒng)頻率有關(guān)，頻率越低，容性效應(yīng)越小，因此可采用低頻交流或直流

（零頻率）以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的海上風(fēng)電輸電距離。

以50Hz交流與直流進(jìn)行對比，一般70km可作為輸電經(jīng)濟(jì)性的分界點(diǎn)，大于70km

采用直流輸電更具性價比。由于海上沒有交流系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)本身無法提供常規(guī)直