【英大证券】电力行业：电力系统智能化发展及关注重点.pdf

2023-07-17

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智能化是新型电力系统建设重要内容

碳达峰碳中和核心在于新型电力系统建设

碳达峰碳中和主要通过发展新能源、节能、电气化、碳捕集及利用来实现。具体体现在：1）风光发电；2）水电、核电等；3）储能（新能源消纳）；4）特高压（新能源消纳）；5）智能化（新能源消纳、节能）；6）综合能源（提高能效）；7）电动汽车（交通领域电能替代）；8）绿氢（工业领域绿氢替代）；9）火电+CCUS。我国碳达峰碳中和的核心在于构建以新能源为主体的新型电力系统，我国化石能源陆续达峰，但用电量持续增长，增量将主要来自风光：煤炭处于峰值平台期；电煤2025年达峰后开始下降；石油2030年前达峰后逐渐下降；天然气2035年前后达峰；全社会用电量，2030年前年均增速3.6%，2030年11万亿千瓦时左右。2030年-2050年年均增速2.0%左右，2050年16万亿千瓦时。2050-2060年年均增速0.6%， 2060年17万亿千瓦时，用电需求推动电力系统建设长周期可持续发展。

新型电力系统的特征

2021年3月中央财经委员会第九次会议首次提出构建新型电力系统，党的二十大报告强调加快规划建设新型能源体系。 2023年6月能源局组织发布《新型电力系统发展蓝皮书》，提出新型电力系统具备安全高效（基本前提）、清洁低碳（核心目标）、柔性灵活（重要支撑）、智慧融合（基础保障）四大重要特征，共同构建了新型电力系统的“四位一体”框架体系。 2023年7月中央全面深化改革委员会第二次会议，加快建设清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。

智能化是新型电力系统基础保障

高比例可再生能源：同质化大容量常规发电机组转化为单机容量小、数量众多、布点分散、特性差异化的新能源机组，控制方式由集中连续控制转化为快速切换的离散控制。高比例电力电子设备：电力电子设备的日益普及改变了电力系统内部电气特征，电力电子变流器是大多数电力电子设备的关键组件，使电力系统更加依赖高质量控制与保护等二次设备以及智能化电网调度体系。大量新型负荷接入：分布式电源、电动汽车、储能装置以及日常用到的变频空调、电采暖等新型负荷大量接入电网，电力系统可控对象从以源为主扩展到源网荷储各环节，控制规模呈指数级增长。

国家电网新型电力系统数字技术支撑体系

2022年7月国家电网发布新型电力系统数字技术支撑体系技术路线，主要包括：统筹基础设施、统筹感知管理、统筹数据汇集、统筹支撑平台和统筹应用构建，新型电力系统数字技术支撑体系围绕主网、配网两个层级，聚焦电、非电、碳三类核心数据的采传存用,实现提升电网可观、可测、可调、可控的能力，构建形成数字智能电网，来高质量地推进新型电力系统建设。

电力系统智能化主要领域

2023年6月能源局发布《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，新型电力系统数字化智能化涉及电源侧、电网侧、用电侧以及新模式新业态等领域众多应用场景。

电力系统智能化主要框架、重点方向

电力系统智能化主要逻辑

新能源高速发展与消纳：2022年我国新能源新增发电量占全口径新增发电量的70%，成为我国新增发电量的主体，后期将逐步由增量替代转化为存量替代。电力体制改革深入推进：目前我国主要经历三次电力体制改革，包括2021年的电价改革，后期跨省跨区市场化交易、现货市场交易、辅助服务市场交易、电碳协同将持续深入。迎峰度夏电力安全保供：全球气候异常，迎峰度夏期间，空调等推动用电负荷不断创新高，电力安全保供压力持续增大。

新能源并网及功率预测

并网及运行需求：2021年能源局新版两个细则出台后，各地区出台自身并网实施细则，对光伏功率预测准确度进行严格考核并挂钩上网电量，功率预测为并网硬性要求。2022年电力可靠性管理办法（暂行）要求新能源发电企业应当加强发电功率预测管理；现货交易的需求：随着两批14个现货试点推进，新能源参与市场化交易的比重将持续提升，项目的发电优先排序、出力曲线都将成为收益测算的重要指标，只有出力曲线尽可能贴合需求曲线，项目才能达到最优收益；精益管理的需求：风电光伏均进入平价低价上网阶段，项目投运后，降低运维成本、提高利用小时成为电站项目收益水平的关键，通过功率预测合理安排优化机组发电安排，能够有效提升机组利用小时。功率预测一般会综合考虑季节、时间、天气变化、温度等历史数据，并借助相关数据学习及预测模型，具有长期大量运行数据及数据学习经验成为相关公司关键考量。

输变电状态监控及智能运维

2022年4月国家发改委下发《电力可靠性管理办法（暂行）》，电力企业应当加强线路带电作业、无人机巡检、设备状态监测等先进技术应用，优化输变电设备运维检修模式。输变电设备状态检测：山区输配电线路巡检困难；提高巡检频率，降低全覆盖巡查时间；异常状态智能诊断（雷击、放电、覆冰等）；高精度定位及故障原因辨识等。巡检、作业机器人：技术的快速发展，推动电力机器人从传统巡检突破到带电作业，拓宽应用场景。从功能定义上，机器人从单一的巡视功能，向巡视和操作功能集成方向发展。复合化、网络化、平台化将是未来巡检机器人重要发展方向。

智能配电-一二次融合设备

一二次设备分开会存在一二次设备型号不匹配导致安装困难等问题。随电网对供电稳定性、可靠性要求不断提升，一二次融合（即在设计时将一次设备、二次设备的功能集成在一起）成为行业趋势。国家电网于2016年提出《配电设备一二次融合技术方案》，并分为“一二次成套阶段”和“一二次融合阶段”两个阶段推进。随着智能化设备需求不断增长，使得作为其关键支撑的一二次设备融合发展成为大势所趋。

虚拟电厂等负荷侧管理

虚拟电厂是能源与信息技术深度融合的重要方向，基于先进的量测、通信和控制技术，将不同空间的可调负荷、储能、微电网、电动汽车、分布式电源等一种或多种可控资源聚合起来，实现对负荷侧可控资源的可观可测可控，可有效提升系统灵活性水平和电网调度机构对负荷侧资源的管理水平。虚拟电厂属于需求侧响应的模式创新，根据《“十四五”现代能源体系规划》，力争到2025年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的3%～5%，其中华东、华中、南方等地区达到最大负荷的5%左右。根据中电联预测，2025年全国最大负荷16.3亿千瓦，以3%～ 5%计算，电力需求侧响应能力在5000万千瓦左右。

以智能电表为代表的智能计量与采集

2009年以来，国网开始铺设智能电表；2014、2015年左右年度新增达到高点，其中2014年电能表招标数量9395万只，中标金额186亿元；2018年左右周期基本结束。上一代智能电表寿命一般为8-10年，2019年以来上一轮周期大规模铺设的智能电表逐步进入集中更换阶段，驱动招标量回升，但受疫情扰动等因素影响2020年招标量出现短暂调整。随着双碳大背景下电网开启新型电力系统建设，2020年版智能电表8月发布，智能电表招标量价回升。 2021年智能电表招标量6726万只，中标金额201亿元，同比增长29.1%和49.7%。2022年国网共发布智能电表招标3个批次，合计7014万只，完成招标2个批次，合计金额154亿元。

调度、网络安全、交易等系统

调度：随着大规模新能源电力和海量柔性负荷渗透率不断升高，电网调度控制面临“源–网–荷–储”协同运行导致的电源供给不确定性增加、逐级调度维度指数型增长、电力市场多方主体博弈不确定性增强等挑战，需要建设适应新能源发展的新型调度运行体系，提升新能源和配电网的可观、可测、可控能力，提升系统平衡能力，预计国家电网2023年配网透明化（含分布式电源）水平达到80%以上。网络安全：电网控制功能由调控中心向配电、负荷控制以及第三方平台前移，电网的攻击暴露面大幅增加，电力系统已成为网络攻击的重要目标，网络安全防护形势更加复杂严峻，需要深化电力监控系统安全防护体系，前瞻应对新型电力系统新业态新技术带来的网络安全新风险。电力交易：电力体制改革的持续推进，全国+省级两级电力市场持续完善，规则存在较大差异；两批现货市场试点不断推进，新能源参与市场化程度不断提高；绿电交易和电碳协同不断深入。交易范围、交易规则和交易范畴不断扩大推动交易系统持续增长。

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