新型电力系统专题之配电网框架：新要素、新模式重塑底层逻辑，配电网投资有望迎来新周期

证券研究报告|2024年09月13日 新型电力系统专题之配电网框架 新要素、新模式重塑底层逻辑，配电网投资有望迎来新周期 行业研究·行业专题 电力设备新能源·电网设备投资评级：优大于市 证券分析师：王蔚祺证券分析师：王晓声 010-88005313010-88005231 wangweiqi2@guosen.com.cnwangxiaosheng@guosen.com.cnS0980520080003S0980523050002 配电网变化趋势：新要素、新模式重塑底层逻辑 分布式新能源装机和发电量占比持续提升、新能源汽车渗透率持续提升带动充电设施快速发展、工商业储能在峰谷价差驱动下发展迅猛，上述“新要素”的接入使得配电网能量流、信息流从传统的“单向传送”转为“双向互动”，对配网的电力平衡、调度继保、安全稳定、设备管理、数据交互带来巨大挑战。2021年以来工商业用户陆续进入市场，市场化交易电量占比持续提升。随着电力系统新能源渗透率的持续提升，发电侧波动性、随机性持续增强，用电负荷必须匹配发电侧特性，用电侧将逐步从”按需用电“向”按价用电“转变。虚拟电厂作为需求侧响应的重要方式，2021年以来各省已陆续开展示范运行。用电侧电力交易、虚拟电厂、需求侧响应等新模式使得用户与配网发生复杂、高频的能量、数据和指令交互，重构配电网运行逻辑。 配电网投资历史复盘：客观需求与提振经济共同驱动，目前处于第三轮周期初期 我国配电网发展可以分为1998-2012年、2013-2019年、2023年至今三轮周期，第一周期通过两轮农网改造基本解决无电人口用电问题，第二周期在城镇化、供电可靠性提升、稳增长、第三轮农网改造共同带动下迎来投资爆发式增长，13-16年配网投资额CAGR高达22%，电网投资占比从44%提升至57%。2023年以来，《关于实施农村电网巩固提升工程的指导意见》、《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》、《配电网高质量发展行动实施方案》、《能源重点领域大规模设备更新实施方案》等重磅文件陆续出台，配网有望迎来新一轮景气周期。从驱动因素看，本轮将由新型电力系统建设引发的客观需求和带动经济增长的诉求共同驱动。 配电网未来投资方向：政策与需求共同驱动，因地制宜催生多维度需求 年初以来，配网、农网改造顶层设计文件陆续落地，要求25年配电网具备5亿千瓦左右分布式新能源和1200万台充电桩接入能力，2035年基本建成现代化农村电网，加快老旧电网设备更新，提高配电网防灾减灾能力。南方电网表示24-27年大规模设备更新投资规模达1953亿元，其中1000亿元用于农网改造，力争27年投资规模较23年增长52%；国家电网年中上修全年电网投资预算，全年电网投资首次超过6000亿元。2024年6月，新版行标《配电网规划设计技术导则》正式实施，增加了分布式电源、充换电设施接入后配网二次系统的技术要求，增加了微电网、充换电设施、新型储能接入技术要求。 各地配电网在网架结构、负荷特性、智能化程度、分布式渗透率方面存在较大差异，主要矛盾存在不同，配网改造需要因地制宜；以华东、华南省份为主的经济发达地区已开展新技术、新设备的示范应用。“四可”是配电网未来发展的重要方向，以低压台区融合终端为核心的解决方案有望成为重要手段，全国存量改造市场空间可达500-650亿元。中压配网目前主要采用三段式电流保护，未来需要引入电流差动 保护提升保护准确性和时效性。国网区域配电开关自动化程度约为34%，改造市场空间约为600亿元。配电变压器是实现能效提升、设备更新的重要环节，目前高能效覆盖率不到10%，按照每年提升10%估计，年均市场空间有望超400亿元。通信是配电网的“神经系统”，新要素、新模式的涌现有望带动通信模块、芯片、网关等设备需求。 配电网招标情况与市场格局分析：需求来源较为分散，上市公司仍占据重要地位 国网配电网设备招标主要来自省招，南网主要来自统招，国网年均招标金额约为500-700亿元，南网年均招标金额约为80-100亿元，其中变压器占比35%-40%，成套设备占比45%-50%，柱上断路器占比8%-10%。分地区看，国网经营区采购大省（市）包括江苏、上海、河南、浙江、山东、湖南等，前十大省份占国网配网设备采购金额65%；南网经营区采购主要来自广东省，占南网配网设备采购金额接近50%。配电网主要产品竞争格局较为分散，但上市公司仍占据重要地位，22-23年国网、南网配网设备中标金额排名前十企业中上市公司及子公司占比约为70%-80%。 配网上市公司梳理 配电网设备企业可分为区域优势型企业和综合型企业。区域优势型企业聚焦特定区域，产品较为单一，但近年来头部企业积极推动优势区域外和产品线拓展，典型企业包括明阳电气、望变电气、北京科锐、科林电气、宏力达等。综合型企业一般为大型电力设备企业，业务同时覆盖网内/网外、主网/配网、一次/二次等方向，典型企业包括东方电子、国电南瑞、四方股份、国网英大、许继电气、三星医疗等。 风险提示 配电网投资总量与节奏不及预期；分布式能源装机增速不及预期；充电桩保有量增速不及预期；经济增速、用电量增速不及预期；行业竞争加剧，盈利水平不及预期。 1 配电网介绍 2 配电网未来发展趋势 3 配电网未来投资方向 4 配电网投资与市场格局 5 主要上市公司梳理 •电力系统是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、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、优质的电能。 图1：电力系统结构示意图 送端 资料来源：国电南瑞，平高电气，国信证券经济研究所整理 •配电网连接并从输电网(或本地区发电厂)接收电力，就地或逐级向各类用户供给和配送电能的电力网络。根据配电网电压级不同，可分为高压配电网、中压配电网和低压配电网。高压配电网分为110/63/35kV，中压配电网分为20/10/6.3kV，低压配电网分为0.4/0.23kV。 •根据应用场景，配电网可分为城市配网和农村配网，城市配网具有负荷密集、供电可靠性和电能质量要求高、安全性要求高、自动化程度高、设备布局集约等特点，农村配网具有负荷分散、设备利用率低等特点。 图2：电网结构示意图 资料来源：中国电力企业联合会，国信证券经济研究所整理 城市配电网的主要特点包括： 1、深入城市中心地区和居民密集点，负荷相对集中，发展速度快。 2、用户对供电质量要求高。 3、配电网设计标准高，在安全与经济合理平衡下，要求供电有较高的可靠性。 4、配电网接线较复杂，要保证调度上的灵活性，运行上的供电连续性和经济性。 5、随着配电网自动化水平的提高，对供电管理水平的要求越来越高。 6、对配电设施要求较高，因为城市配电网的线路和变电站要考虑占地面积小、容量大、安全可靠性、维护量少及城市景观等诸多因素。 农村配电网的主要特点包括： 1、供电线路长，分布面积广，负荷小而分散。 2、用电季节性强，设备利用率低。 3、农电用户多数是乡镇企业，农村排灌和农民生活用电，用户安全用电知识频发，影响安全供用电。 •我国按照饱和负荷密度将配电网供电区域划分为A+、A、B、C、D、E共六个等级，对不同等级供电区域提出不同的性能要求，具体包括供电可靠性、电压合格率、电网结构、线路形式等。总体而言，供电区域等级越高，供电性能要求越高。 •为了在保证区域经济发展的同时提高电网建设经济性，根据年负荷平均增长率确定高压配电网容载比（区域变电站主变容量之和/年最大负荷）；一般来说，区域未来用电负荷增长越快，配网容载比越高，需要配置的变压器等设备容量越大。 •中压配电网结构包括单环式、双环式、多分段单联络、多分段单辐射、多分段适度联络等，越复杂的结构供电可靠性越高，但一二次设备成本和运维难度也较高。一般而言，等级越高的供电区域采用越复杂的电网结构。低压配电网结构简单，一般采用辐射结构。 图3：配电网供电区域划分与容载比选择 供电区域划分 35-110kV配网容载比选择 资料来源：《配电网规划设计技术导则》（DL/T5729-2023），国信证券经济研究所整理 图4：中压配电网典型结构示意图 10kV架空线配网典型结构示意图 10kV电缆配网典型结构示意图 资料来源：配电网技术，国信证券经济研究所整理 辐射式 多分段单联络 单环式 双环式 •一次设备是供电系统的主体，是用电负荷的载体，高电压或大电流是一次设备的主要特点，包括开关、变压器、电抗器、电容器、互感器、绝缘子、避雷器、换流阀及电线电缆等。二次设备承担电力设备控制及电网自动控制、保护和调度功能，通过自动化技术实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行，包括继电保护、安全自动控制、通信系统、调度自动化、信通系统等。 •配电网主要一次设备原理与功能与输电网相同，差异主要体现在电压等级和结构形式上；配电网二次设备承担与输电网中类似的监控、继保、通信功能，此外具有配电终端、故障指示器、台区智能融合终端等专有设备，实现电力系统“神经末梢”的感知与控制功能。此外，十余年以来，两网大力推动配电网一二次设备融合，目前绝大部分环网柜/箱、柱上断路器采用一二次融合采购模式。 图5：电网一二次设备概览 1、电力变压器 2、组合电器 3、无功补偿装置 4、避雷器 5、互感器 6、电抗器 7、线缆及附件 8、换流阀 9、开关柜 10、断路器 1、继电保护系统 2、计算机监控系统 3、调度系统 4、通信系统 5、直流电源系统 1、配电变压器 2、隔离开关、柱上断路器、熔断器 3、无功补偿装置 4、避雷器 5、互感器 6、线缆及附件 7、计量设备（电能表、采集终端等） 8、环网柜/箱 9、充电站及充电桩 10、电源类 11、直流设备 1、配电自动化系统（DSCADA、 FLISR、电压与无功控制等） 2、继电保护系统 3、配电终端（DTU/FTU/TTU等） 4、故障指示器 5、台区智能融合终端 6、通信设备与装置 7、一二次融合设备 一次设备 二次设备 输变电 配电网 资料来源：国家电网，南方电网，中电联，国信证券经济研究所整理 •配电网一次设备包括配电变压器、箱变、开关柜、环网箱、环网柜、柱上开关、智能电表、无功补偿装置等，二次设备包括配电自动化系统、继保系统、监控系统等。 •配电网一次设备电压等级较低，市场格局较为分散，且具有较强的区域属性。配电网二次设备涉及电网调度、控制、监控等关键功能，市场格局较为集中，优势企业基本同时从事输电网二次设备业务。 接通和断开电路的设备 短路保护器，进行短路保护或严重过载保护 主要分为电流、电压互感器 提高配电系统的电压质量，降低网络损耗 接受和分配电能的装置 多重装置如开关装置、变压器等集成而成 电动车充电的场点及设备 图6：配电网主要一次设备 限制过电压的主要保护设备 避雷器 配电变压器 无功补偿与电容器 一次设备 开关设备 计量设备 熔断器 变配电一次设备是指直接输送、分配、使用电能的设备。 成套配电装置 互感器 充电站及充电桩 变换交流电压和电流而传输交流电能 资料来源：中国电力企业联合会，国信证券经济研究所整理 •配电网二次设备包括配电自动化系统、继保系统、直流系统、传感器、通信网络、数据采集与计量装置等，其中配电自动化系统包括主站、子站、配电终端、通信系统等。 •配电自动化系统可实现数据采集与监控（SCADA）、馈线自动化（FA）、电压与无功控制、负荷管理等功能；主要由主站、配电子站（可选）、配电终端和通信网络组成。 •配电网继电保护利用配电终端的保护功能，在配电网发生故障发生时控制断路器，快速切除发生故障的电路元件（例如架空线、变压器等