超高压输电线路的线损研究论文

降 耗 节 能——做好无功补偿及滤波工作的现实意义当前，我国正在号召全民建设节能型社会，中央给各级政府与企业也都确定了明确的节能目标，各种节能项目迅速发展，为社会带来巨大的效益。在众多领域的节能项目中，电力节能是关系到国计民生的重要组成部分，而在众多的电力节能产品中，无功补偿无疑是电力节能最重要的措施之一。我国从50年代起就实行了《利率电费调整办法》，把无功补偿上升到了政策、法规层面，要求全社会共同重视，强制做好无功补偿方面的工作。合理有效的无功补偿可以为电力用户与供电系统带来巨大的效益，这已是的事实。理论分析及现场实测证实，合理有效的无功补偿使输配电线路、变压器等配电设施上的有功损耗可降低35%--50% ，设备带载能力可增加20%--30%。从业内总结的无功当量概念上看，每投入1kvar低压电容器，每天可以节约0.09×24小时= 2.16kwh电能。我国的电网十分庞大，无功含量也十分巨大，还在消耗着系统的大量有功电能。可见，积极有效的开展无功补偿工作，让有不合理量无功存在的用电户得到合理的补偿，让存在故障、补偿不合理的无功补偿设备恢复正常运行，“投入电容1千乏，每天节约2度电”，将为全社会和企业带来巨大的经济效益，也使能源压力得到一定的缓解。 通过对无功补偿设备现状和使用情况的调查和研究表明，大部分设备都是由开关厂做为一个附属产品提供给用户的。由于设计、控制原理、补偿方式与实际应用脱节，做为十分重要、降耗节能的无功补偿设备并没有得到应有的重视，直接导致了无功补偿设备与用户系统不匹配，补偿能力不能充分发挥，产品质量得不到有效保证，无功补偿设备起不到应有的作用，给用户和社会带来了巨大的能源、经济损失。另外，供电部门对电力用户的无功电量有一个考核，即力率调整电费。向力率（功率因数）达不到要求的电力用户收取力率调整电费。对于这些电力用户，做好无功补偿的工作，不仅会让供电系统有功损耗降低，而且其本身也得到降低线损、变损及不支出力率电费的收益，并且补偿到位的，还会有电费奖励。专业无功补偿谐波治理领域的公司，对无功补偿和谐波治理有更多的理解思考，有效解决问题：对每一个用户现场进行测量和了解，针对每一个用户进行符合现场需要的合理设计和配置，使无功补偿和谐波治理设备的能力得到最大程度的发挥，得到最大的社会效益和经济效益。 有功功率 当电能转换成其它形式的能量时，如：电流通过白炽灯发热发光，转换成热能和光能；通过电动机的转动使电能转换成机械能等，这些在能量的转变过程中做功的电能，叫做有功电能，其功率称有功功率。无功功率 在交流电力网中使用最多的电动机与变压器，在运行中要产生磁场，而电容器及空载输电线路则产生电场。交流电流在电源与电感或电容负载之间往返流动，形成电能与磁场能、电场能能量的相互交换。此电能既不做功也不消耗，这种电能称为无功电能，其功率称无功功率。无功功率绝不是无用功率：电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动；变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。功率因数（力率） 有功功率与视在功率的比值， 称为功率因数， 用 表示 =P/S力率电费 全国供用电规则规定，用户的功率因数应达到的标准为：高压用电的工业用户和高压用电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.90以上，其它100KVA及以上的电力用户和大中型电力排灌站，功率因数为0.85以上；农业用电功率因数为0.80以上。凡功率因数达不到上述规定的用户，供电部门会在用户使用电费的基础上按一定比例对其加收一部分电费，这部分加收的电费称为力率电费，也即是罚款。 供用电政策 鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和提高电能质量有着十分重要的影响，为了提高用户的功率因数，为提高供、用电双方的社会及经济效益，制订了《功率因数调整电费》。力率电费调整办法 全国供用电规则规定，凡是功率因数达不到上述规定的用户，供电部门对其加收一部分电费——力率调整电费；如果功率因数超过上述规定的用户，供电部门会对其减收一部分电费——奖励电费。具体按照《功率因数调整电费办法》执行。 高压计量的用户： 力率电费=（电度电费+基本电费）×罚款比例 奖励电费=（电度电费+基本电费）×奖励比例 低压计量的用户： 力率电费=电度电费×罚款比例奖励电费=电度电费×奖励比例电度电费是指动动力电费，不包括照明电费，照明不参与力率考核。高压计量的用户当变压器的容量超过315KVA时收基本电费。基本电费是按变压器容量来收取的。由此可见，《力率电费调整办法》是用电管理部门督促电力用户做好无功补偿的促进手段，做好无功补偿工作对供、用电双方都有巨大的经济效益。 以0.90为标准值的功率因数调整电费表减收电费（奖励比例） 增收电费（罚款比例）实际功率因数 月电费减少％ 实际功率因数 月电费增加％ 实际功率因数 月电费增加％0.90 0.00 0.89 0.5 0.75 7.50.91 0.15 0.88 1.0 0.74 8.00.92 0.30 0.87 1.5 0.73 8.50.93 0.45 0.86 2.0 0.72 9.00.94 0.60 0.85 2.5 0.71 9.50.95～1.00 0.75 0.84 3.0 0.70 10.0 0.83 3.5 0.69 11.0 0.82 4.0 0.68 12.0 0.81 4.5 0.67 13.0 0.80 5.0 0.66 14.0 0.79 5.5 0.65 15.0 0.78 6.0 功率因数自0.64及以下，每降低0.01电费增加2％ 0.77 6.5 0.76 7.0 表二 以0.85为标准值的功率因数电费调整表减收电费（奖励比例） 增收电费（罚款比例）实际功率因数 月电费减少％ 实际功率因数 月电费增加％ 实际功率因数 月电费增加％0.85 0.0 0.84 0.5 0.70 7.50.86 0.1 0.83 1.0 0.69 8.00.87 0.2 0.82 1.5 0.68 8.50.88 0.3 0.81 2.0 0.67 9.00.89 0.4 0.80 2.5 0.66 9.50.90 0.5 0.79 3.0 0.65 10.00.91 0.65 0.78 3.5 0.64 11.00.92 0.80 0.77 4.0 0.63 12.00.93 0.95 0.76 4.5 0.62 13.00.94～1.00 1.10 0.75 5.0 0.61 14.0为什么要进行无功补偿 负载需要的大量无功是从哪提供的呢？这些负载所需要的无功功率是由发电厂提供的，也就是说发电机在工作时会向系统提供有功电能，同时对有无功需要的负载提供相应的无功电能。发电机运行时必须要满足无功功率输出。当系统中无功功率需求增大时，如果不在系统人为地安装无功补偿装置，发电厂要通过调相的方式来加大无功功率输出，由于发电机的容量是一定的，那么就势必要减少有功功率的输出量，也就是为满足用电负荷无功功率的需求，降低发电机的有功功率输出能力；为满足用电质量的要求，发电机、供电线路和变压器的容量需增大，这样不仅增加供电投资、耗费资源、降低设备利用率，也将增加输、配电网络的有功电能的损耗。为了消除上述的弊端，我们在供电系统中负载需要无功较大的点投入相应的电容器来为感性负载提供无功功率，这样就极大的减轻了发电厂的无功供给压力，使无功功率就地提供，减少了无功电流在庞大电力网络中流动产生的有功损耗，并降低了用电户的变压器有功损耗。用户装设无功补偿装置，并随其负荷和电压变动及时投入或切除电容器，同时用户的功率因数达到相应的标准，避免供电部门加收力率电费，补偿到位的，还有奖励电费。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，对节约电能、提高电能质量、降低用电部门的用电费用都具有非常重要的意义。 补偿无功功率，提高功率因数（如下图所示） 式中：P——有功功率，KW S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 Φ1——补偿前的功率因数角 Φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P不变，无功得到补偿以后（补偿容量 ），功率因数角由Φ1减少到Φ2，电源提供的电功率由S1降低到S2；COS ＞COS ，提高了功率因数，降低了电源提供的电功率，减少了有功损耗。合理的补偿可以有效的降低系统电流，以系统自然功率0.7为例，如通过补偿装置将系统功率因数提高到接近1的水平，系统电流将下降30%左右，即线路和变压器的有功损耗可降为P=I2R＝(1-30%)2R=0.49R，即线路和变压器可变有功损耗可降低51%。 通过下列公式可计算线损和变损降低率：变损（或线损）降低率＝ 用电企业的自然功率因数一般在0.7左右，功率因数从0.7提高到0.95以上线损降低率和变压器的可变有功损耗降低率如下表：cos 0.7 0.7 0.7 0.7COS 0.95 0.97 0.98 1线损降低率 46% 48% 49% 51%变损降低率 46% 48% 49% 51% 增加电网的传输能力，提高设备利用率 由于补偿装置可以有效的降低系统电流和视在功率，故可以有效的降低电网建设中所有相关设备的容量，从而降低电网建设中的投资、节省资源。功率因数在0.7左右的系统，由于有效的补偿可使系统电流下降30%，即提高发电厂、变配电设施30%的带载能力。 改善电压质量 由于系统存在的大量感性负载将造成供电线路电压降低的损失，尤其在供电线路末端更为严重，通过合理的补偿可以有效的缓解线路压降，改善电能质量。 线路中的电压损失 的计算公式如下： ×10－3式中：P——有功功率，KW U——额定电压，KV R——线路总电阻， Q——无功功率，KVAR ——线路感抗， 由于系统的感抗远大于电阻，从上式中可以看到,无功的变化会引起电压产生很大的变化。线路中，无功功率Q减小以后，电压损失也就减少了。对于供电线路末端电压一般较低，可通过增加无功补偿装置来提升线路末端电压。节约电费支出 通过合理的补偿，，使计量点的功率因数达到国家标准的要求，可以消除力率电费，从而使电力用户电费支出大幅度降低。无功就地平衡，减少线路中无功电流的流动，是降低线路有功损耗最有效的方法。如果用户在负荷的终端做补偿，流过用户线路和变压器的电流会相应的降低，有功损耗与电流的平方成正比，线路和变压器的有功损耗会有明显的下降，且功率因数得到显著提高。供电政策中关于谐波部分要求由于现代电力电子设备的广泛使用，产生谐波的设备、设备种类、数量巨增，使得供用电系统中的谐波含量大量增加。电子电力装置 电力电子设备是电力系统中数量最大的谐波源，这种装置的主要类型是多相换流装置，包括整流器（交变直）、逆变器（直变交）和变频装置、三相交流调压器等，换流装置的特征谐波次数为HC＝kp±1,k为任意正整数，p为换流装置的脉动数。变频装置 变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。一般变频装置的特征谐波次数为5、7次。 电弧炉、电石炉 通常所谓的电弧炉是指交流电弧炉，用于钢铁冶炼。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网，其中主要是2～7次谐波，平均谐波畸变率可达基波的8%～20%，最大可达45%。气体放电类电光源 节能灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性可知，其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们给电网制造了大量的奇次谐波电流。虽然单体功率小、产生的谐波量有限，但其庞大的数量，使之产生的谐波污染不容忽视。 家用电器 电视机、录相机、计算机、调光灯具等，因具有调压整流装置，会产生奇次谐波。另外，工厂中常用的电焊机等也会产生大量的谐波。谐波的危害对供配电线路的危害 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用继电保护，保证线路与设备的安全运行。但由于谐波的干扰，保护不能全面有效地起到保护作用，甚至产生误动或拒动。谐波严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 影响电网的质量 电力系统中的谐波使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较多，可达40%；三相四线配电线路中，3的整数倍谐波在中性线上叠加，使中性线的电流值超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而造成有功损耗，降低电网电压，占用电网的容量。 对电力设备的危害 对电力变压器的危害 谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的。 对电力电缆的危害 随着谐波次数升高，频率上升，使电缆趋肤效应明显，导致导线的有效截面积变小，交流电阻增大，增加导线的有功损耗。另外，电缆的电阻、系统母线、线路感抗与系统串联，提高功率因数用的电容器、线路的容抗与系统并联，在特定条件下可能发生谐振。 对电动机的危害 谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。对低压开关设备的危害 对于配电用断路器、漏电断路器、电磁接触器、、热继电器来说，受谐波电流的影响，在工作中都有可能产生误动作。对弱电系统设备的干扰 对于计算机网络、通信、有线电视、楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电磁感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统，使之不能正常工作。另外，谐波还能影响电力测量的准确性、对人体造成有害影响等等。谐波电流，特别是3次（及其倍数次）谐波侵入三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组发热。对Y形连接中性线接地系统中，侵入变压器的中性线的3次谐波电流会使中性线电流巨增、使中性线发热。由于谐波的频率较高，使导线的集肤效应加重，因此铜损急剧增加。同时变压器铁芯由于不能适应急剧变化的磁通而导致铁损急剧增加。《中华人民共和国电力法》规定：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”。《供电营业规则》中规定：用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行，所注入电网的谐波电流，引起波形畸变超过标准时，用户必须采取措施予以消除。根据国家标准GB/T14549-93的规定，注入考核点的谐波电压和谐波电流畸变率应满足国家标准的要求。 ★ 公共电网谐波电压（相电压）限值电网标称电压（KV） 电压总谐波畸变率（%） 各次谐波电压含有率（%） 奇次 偶次0.38 5.0 4.0 2.06-10 4.0 3.2 1.635-66 3.0 2.4 1.2110及以上 2.0 1.6 0.8 注入公共连接点的谐波电流允许值标准电压（kV） 基准短路容量（MVA） 谐波次数及谐波电流允许值 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 180.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 11 12 9.7 18 8.66 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 6.1 6.8 5.3 10 4.710 100 26 20 13 20 8.5 15 6．4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9 3.7 4.1 3.2 6.0 2.835 250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7 2.2 2.5 1.9 3.6 1.766 500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8110 750 12 9.6 6.0 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3谐波的治理1) 在谐波源处装设无源调谐滤波装置，吸收谐波电流，有效地减少谐波对电力网及用电设备的影响。2）加装有源滤波装置，向电网注入与谐波电流相位相反、幅值相同的电流，来抵消电网中的谐波，从而达到消除谐波的目的。3）加装静止无功补偿装置（SVC），对系统、负荷无功功率进行快速动态补偿，改善功率因数，抑制不平衡电流产生，并滤除谐波源产生的谐波。4）改造谐波源，优化电力设备的结构设计和工艺，降低电力电子设备产生的谐波量。关于谐振由于电力系统中存在大量非线性负荷，根据并联电容器组和谐波源的位置，电容器组(容抗) 和系统等效电路(感抗)之间会出现串联谐振或并联谐振。当系统在基波的状况下，由于系统的容量很大，所以阻抗很小。而我们补偿的电容器在低压侧一般几百千乏，高压侧不过几千千乏或上万千乏，容量比较小，阻抗较大，远不能构成谐振条件：nXL＝XC/n n=1 因此，在基波状态下，不会产生谐振。 但在谐波状况下，随着频率的变化，系统和电容器的阻抗均发生变化。系统感抗大增，而电容器装置的容抗大减，一旦达到nXL＝XC/n 即nωL=1/nωC, ω=2πf 其中n为谐波次数。满足谐振条件，就会产生谐振。也就是说，无论功率因数是否为1,在谐波状况下都有可能产生谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至几十倍，会对系统、特别对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，常常使电容器和电抗器烧损。避免谐振最常用的方法是选用适当串联电抗率的电抗器与电容器相串联，调谐的谐振频率低于电力网络中含有的最低次谐波的频率，这样，无论是串联谐振还是并联谐振都可有效的避免。总之，经济有效的无功补偿、滤波装置，不仅会使输变电系统节约大量的有功电能，还能使用电户节约力率电费的支出，并能使电力网络中的电能质量得到很大的改善，使有功损耗减少，消除对其它用电器的干扰，利国利民。

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坚强智能电网：促进我国低碳发展的有效途径 我国是世界上最大的发展中国家，也是世界上碳排量放最大的国家之一。过去的30年，伴随着经济的持续快速增长，能源消费大幅攀升。2009年，我国能源消费总量约31亿吨标准煤，2001～2009年年均增速为9.1％。我国一次能源消费以煤为主，煤炭消费量占一次能源消费总量的比重为70％左右。能源需求的快速增长使碳排放不断增加。据国际能源署报告，2005年我国二氧化碳排放总量约51亿吨，占全球排放的18%，居全球第二，仅次于美国；2007年超过美国成为世界上二氧化碳排放第一大国，占全球排放的21%。我国发电装机以煤电为主，燃煤发电容量约占总装机容量的81％，因此电力行业二氧化碳排放量较大。来自国际能源署的数据显示，火电二氧化碳排放量占全国二氧化碳排放量的40%～50%，而且在未来一段时期还将继续呈上升态势。因此，电力行业的碳减排工作对我国实现低碳发展具有重要意义。电力系统主要包括电源、电网和电力用户，其中电网是联系电源和电力用户的纽带。当前，电力行业实现碳减排的工作重点是：提高发电、输电、用电的效率；大力发展清洁能源发电。坚强智能电网的建设可以促进清洁能源的开发利用、提高电力行业用能效率。2010年第十一届全国人民代表大会第三次会议的政府工作报告中已明确提出“加强智能电网建设”。坚强智能电网对节能减排的作用当前，国家电网公司提出了坚强智能电网的建设目标。到2020年，将建成“以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网”，实现从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越。坚强智能电网建设包含发电、输电、变电、配电、用电和调度等六大环节。清洁能源机组的大规模并网技术，灵活的特高压交直流输电技术、智能变电站技术、配电自动化技术、双向互动关键技术、智能化调度技术等是各个环节建设坚强智能电网的关键技术。坚强智能电网建成后，将在节能减排方面发挥重要作用，主要体现在：支持清洁能源机组大规模入网，加快清洁能源发展，推动我国能源结构的优化调整；引导电力用户将高峰时段用电转移到低谷时段，提高用电负荷率，稳定火电机组出力，降低发电煤耗；促进先进输配电技术在电力系统的推广和应用，降低输电损失率；为电网与用户有效互动提供技术支撑，有利于用户智能用电，提高用电效率；推动电动汽车的发展，带动相关产业发展，促进产业结构升级。坚强智能电网的碳减排效益从支撑清洁能源发电的接入、提高火电发电效率、提升电网输送效率、支持用户智能用电、推动电动汽车发展等五个方面分析，到2020年，若在国家电网公司经营区域内基本建成坚强智能电网，可实现二氧化碳减排量约15.3亿吨。（2020年坚强智能电网碳减排效益如表1所示。）支撑清洁能源接入。水电、核电、风电、太阳能等清洁能源的发展，对于优化我国能源结构、减少化石能源消费、降低温室气体排放具有重要意义。坚强智能电网集成了先进的信息通信技术、自动化技术、储能技术、运行控制和调度技术，为清洁能源的集约化、规模化开发和应用提供了技术保证。坚强智能电网能够解决风电、太阳能发电等大规模接入带来的电网安全稳定运行问题，提高电网接纳清洁能源的能力。坚强的跨区网架结构，可以为远离负荷中心的清洁能源规模化、集约化开发提供输出条件。根据规划，到2020年国家电网公司经营区域内的水电、核电、风电、太阳能等装机容量比2005年分别增加约15660万、5018万、9725万和1820万千瓦。按照水电、核电、风电、太阳能发电年利用小时数分别为3500小时、7500小时、2000小时和1400小时测算，与2005年相比，2020年国家电网公司经营区域内清洁能源发电量增加1.14万亿千瓦时，可减少煤炭消费3.93亿吨标准煤，可实现二氧化碳减排约10.88亿吨。提高火电发电效率，降低发电煤耗。在坚强智能电网发展的带动下，清洁能源发电装机容量增加；同时由于调峰电源增加，使得火电运行效率提高，单位发电煤耗下降，因此系统发电燃料消耗减少。通过“需求侧响应”，引导用户将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段，降低高峰负荷，减少电网负荷峰谷差，减少火电发电机组出力调节次数和幅度，提高火电机组效率，降低火电机组发电煤耗，减少温室气体和环境污染物排放。根据电力系统整体优化规划和系统生产模拟软件测算，在坚强智能电网发展的影响下，2020年全国平均火电单位发电煤耗下降5.8克/千瓦时。据规划，2020年国家电网公司经营区域内火电装机容量可达9.36亿千瓦，按照火电利用小时数为5300小时来计算，发电煤耗降低可节约0.29亿吨标煤，减排二氧化碳为0.8亿吨。提升电网输送效率，减少线路损失。未来，我国的特高压技术和坚强智能电网，将大大降低电能输送过程中的损失电量。此外，电网灵活输电技术对智能站点的智能控制以及与电力用户的实时双向交互，都可以优化系统的潮流分布，提高输配电网络的输送效率。坚强智能电网的高级电压控制系统能够有效提高常规电网的节能电压调节和控制水平，提高电能传输效率，减少输配电损耗。美国西北太平洋国家实验室（简称PNNL，以下同）研究表明：高级电压控制系统可使得电网本身实现的节电潜力为上网电量的1%～4%。考虑我国线损的实际情况，未来下降空间相对较小。假设坚强智能电网的发展可使国家电网公司经营区域内的平均线损率至2020年由2005年的6.58％下降到5.7％，即可减少线损电量502亿千瓦时，相应减少二氧化碳排放5145万吨。支持用户智能用电，提高用电效率。智能电网一个重要的特征就是可以通过创新营销策略实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞争，实现有效的“需求侧响应”。一方面，智能电网可以为用户提供用电信息储存和反馈功能。通过智能表计收集用户的用电信息并及时向用户反馈不同时段的电价、用电量、电费等信息，引导和改变用户的用电行为。用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节电，并通过选择用电时间达到减少电费支出的目的。PNNL研究表明，信息干预和反馈系统可以使得用户用电效率提高3％。另一方面，智能电网可以为用户提供故障自动诊断服务。实时采集用电设备的运行情况，及时发现故障并反馈给用户，用户及时调整和优化设备运行方式，减少电能消耗及运行维护费用。研究表明，通过提供此服务，可以使用户用电效率提高3％。我国目前电价机制不甚合理，电力用户与电力系统的互动性较差，电力用户还存在较大节电潜力。随着坚强智能电网建设工作的推进，电网与用户的互动将不断深入，电力用户将更加主动地节电。参考PNNL研究成果和我国的用电实际情况，假定坚强智能电网可使用户用电效率提高4％，按照2020年国家电网公司经营区域内全社会用电量为60000亿千瓦时和厂用电率为5％来计算，则2020年国家电网公司经营区域内电力用户可实现节电量约2150亿千瓦时，减少二氧化碳排放2.35亿吨。推动电动汽车发展，减少石油消耗。汽车是我国耗能的重要领域，随着汽车保有量的不断上升，耗油量还将不断攀升，给我国能源安全带来巨大的隐患；汽车尾气排放也成为城市大气污染的重要来源。电动汽车是指以电能为动力的汽车。从能源利用效率方面来讲，电动汽车的能源利用效率比燃油汽车提高1～2倍以上。从运行的经济性来看，电动汽车百千米只消耗10千瓦时电，运行费用远低于普通汽车。预计2020年，在智能电网相关技术的带动下，国家电网公司经营区域内2020年比2005年新增电动汽车约2500万辆，按照每辆电动汽车每年行驶20000千米计算，每年可替代汽油3550万吨，实现减排二氧化碳约为7940万吨。建设坚强智能电网对实现我国碳减排目标的贡献在未来相当长的时期，我国工业化和城镇化进程将加速推进，经济将保持平稳较快增长，经济的快速发展将带动能源需求的大幅增长。据有关机构预测，2020年我国能源消费量将达45亿吨标准煤，全国GDP将达62万亿元（2005年可比价格）。如果按照2005年的碳排放强度测算，2020年我国二氧化碳排放总量将超过173亿吨。这已远远超过我国资源和环境所承载的极限。气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战，已受到国际社会的强烈关注。为积极应对气候变暖问题、实现绿色发展和低碳发展，我国政府提出了“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的碳减排目标。如果2020年我国二氧化碳排放强度比2005年下降40%～45%，则2020年二氧化碳排放总量应控制在95～104亿吨以下，需要减少二氧化碳排放69亿～78亿吨。根据上述测算，建设坚强智能电网可实现二氧化碳减排量约15.3亿吨，可使2020年二氧化碳排放强度比2005年下降8.8%，对实现我国2020年碳减排目标的贡献率可达19％～22％。若国家加大有关政策执行力度，这一贡献率还可能提高 “十二五”特高压建设——五千亿畅想电气设备行业下游涉及发电、输配电和用电，包括了电力、电网、冶金、煤炭等行业，与工业生产和居民生活紧密相关。由于其特殊地位，国家对下游电力、电网等行业监管严格，并出台一系列政策和规范约束企业经营行为。 自上而下看，“十二五”规划是目前国家层面最具指导性政策，将影响未来至少五年内的发展和变革，通过解读“‘十二五’规划建议”和“新兴产业规划”，可确立电气设备行业未来五年内将集中发展智能电网（含特高压）、工业节能产品和配电网改造。 自下而上看，成熟技术将首先得到推广（如柔性输变电、变频技术、智能用电系统）；综合分析市场空间及开拓进度，特高压直流输电、柔性输变电、高性能高压和低压变频器、智能变电站和智能用电系统、农配网改造将成为“十二五”发展重点。 从“十二五”规划出发，未来五年电气设备行业投资将呈现“两极化”趋势：特高压骨干网和配网改造将成为电网投资主题，“智能化”拉动二次设备占比提升，同时工业领域变频器将得到进一步普及。具体来看，特高压方面，直流建设基本符合进度，交流受示范线路验收推迟的影响有所延后，目前呈现提速趋势。“十二五”特高压直流将建设9条线路，预计总投资达2170亿元；特高压交流完成“三横三纵一环网”的建设，乐观估计投资达2989亿元，若考虑项目推迟的影响预测约2092亿元。预计特高压直流换流站投资1014亿元，其中换流变压器、换流阀和直流保护系统占65%；特高压交流变电站投资1225亿元，主要是变压器、电抗器和GIS开关，占比分别为18%、16%和24%。 发展智能电网和特高压是内生需求 我国电力供应长期面临远距离、高负荷、大容量的现状，这是与世界上绝大多数国家不同的发展问题，内生性需求决定了中国的电网必须在强度、广度和稳定性上超越其他所有国家和地区。 能源和用电负荷分布差异使特高压成为必然之选 我国的能源分布主要在北部和西部，以火电为例，已探明的煤炭储量近80%都集中在山西、内蒙古、新疆等地区，而经济发达的东部沿海用电需求量大，过去通过铁路运输的方式输送煤既不经济也不环保，未来通过电网直接输电可以很好地解决问题。 根据新能源发展规划，预计到2020年我国新能源占一次能源消费的比重应该达到15%左右。风能、水能也存在资源分布远离负荷中心的问题。 在我国，特高压是指交流1000kV及以上和直流±800kV以上的电压等级，据国家电网公司提供的数据显示，一回路特高压直流可以送600万千瓦电量，相当于现有500kV直流电网的5~6倍，送电距离也是后者的2~3倍，效率大大提高；同时输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用500kV超高压线路节省60%的土地。正是因为这些优势，特高压才成为未来我国电网建设的必然方向。 电网规模化和区域网络互联对安全稳定提出新要求 我国电力装机容量已突破9亿千瓦，这个数字到了2015年将增加至13.5亿千瓦，到2020年达到17.9亿千瓦。 截至2009年底，全国220kV及以上输电线路回路长度达39.94万公里，我国电网规模已超过美国，列世界首位。 电网规模增大、结构日趋复杂和区域电网互联对运行的安全性和稳定性提出更高要求，通过引入先进的传感和测量技术，采用更安全环保的设备，整体集成并实现设备和控制的双向通信，就是电网“智能化”的体现。 城市化进程和新农村建设利好配电网络发展 我国的工业化已进入中后期，按照这样的工业化发展水平，城市化率应为55%~60%，而2009年我国城市化率只有46.6%。未来的5~10年，城市化进程将推动电网尤其是配网建设，集中在城网扩张和改造上。 我国城乡发展差异大，未来无论从改善民生、促进社会和谐的角度，还是从刺激内需，鼓励农民消费的角度，都要求建设和升级农村电网以满足新农村建设的需求。 正是因为我国电网发展必须与工业生产和居民用电水平相匹配，才萌生出对特高压、智能电网和配网建设的需要。而内生性增长符合产业和经济运行规律，这是可持续和稳定的趋势。 未来电网发展呈现“两极三重点” “十二五”我国电网发展三大方向是：特高压、智能化改造和配网建设。 特高压和智能电网：在规划建议中提到大力发展包括水电、核电在内的清洁能源，同时“加强电网建设，发展智能电网”。 配网建设：规划建议要求“加强农村基础设施建设和公共服务”，“继续推进农村电网改造”。 过去十年我国电网建设集中在220~500kV（西北750kV）输电网络，未来将向着“特高压”和配网两端发展，而智能化顺应对复杂网络稳定和控制的要求，电网“三大重点”明确。 考虑电网对安全、稳定性的要求，相对成熟的技术当首先得到推广，尚处于挂网阶段的设备或试运行线路的建设脚步可能延后，在细分行业投资上应当有所甄别。总体来说： 第一，特高压直流建设进度基本符合预期，未来高端一次设备厂商和柔性输变电企业受益明显。 第二，“智能化”发展对应二次设备新建改造，配网和用电端智能化相对成熟，看好具有技术和渠道优势的龙头企业。 第三，配网改造，尤其是农网强调设备升级和电气化，上游的设备商数量众多、竞争激烈，区域化特点显著。 预计特高压直流尤其是柔性输变电技术将得到最快推广，直流高端一次设备生产商获益居次，智能变电站投资和农网改造分列其后。 特高压直流——发展先行高端一次设备发力 “特高压电网”指交流1000kV、直流±800kV及以上电压等级的输电网络，能够适应东西2000~3000公里、南北800~2000公里远距离大容量电力输送需求。国家电网在“十一五”建设初年曾提出“加快建设以特高压电网为核心的坚强国家电网”。经过五年的发展，目前1000kV晋东南—南阳—荆门的交流示范工程完成验收，直流±800kV示范工程向家坝—上海线路投运，初步形成华北—华中—华东特高压同步电网，基本建成西北750kV主网并实现与新疆750kV互联。 规模投资启动直流输电将成“十二五”发展亮点 特高压直流输电（UHVDC）目前在我国主要是±800kV，从技术上看线路中间无需落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心，线路走廊窄，适合大功率、远距离输电，同时还能保持电网之间的相对独立性。 南方电网±800kV云广特高压直流2010年6月投产；国家电网±800kV向上特高压直流也于年内通过验收，预示着“十一五”直流工程进展顺利，直流输电技术发展进度基本符合预期。 根据国家电网发展规划，有9条±800kV直流线路计划“十二五”期间投运，同时有2条将在“十二五”开工，目前锦屏—苏南线路招标正有序进行。 投资总量方面，2016年建成的2条线路按照70%投资在“十二五”期间确认，国家电网±800kV特高压直流投资总规模预计达2170亿元（见表1）。南网规划的直流800kV工程为糯扎渡送广东线路，投资总额约187亿元，计划于2012年投产。 “十二五”国家电网和南方电网预计±800kV直流特高压输电投资达2357亿元，特高压直流全面建设启动。 同时考虑到国网±660kV和±400kV直流建设，南网±500kV直流，“十二五”期间两网的直流总投资规模达到3312亿元。 设备供应商——高端一次设备的盛宴 特高压直流包括线路和换流站建设，其中换流站对上游设备供应商的投资增量效果更明显。换流站主设备包括：换流变压器、电抗器、避雷器、换流阀和无功补偿装置等，其中投资大项为换流变和换流阀。 云广线换流站设备投资超过规划总量的一半，考虑到示范线路设备价格较高，预计未来规模建设后占比约为43%。 “十二五”特高压直流±800kV设备投资总额约1014亿元，其中换流变395亿元，换流阀203亿元，直流保护系统61亿元。若考虑两网±660kV、500kV和400kV后主站换流设备投资为1424亿元，其中换流变555亿元，换流阀285亿元，直流保护85亿元。 普遍看好一次设备龙头 特高压直流是坚强的输电网络，规模建设启动后将普遍利好一次设备生产企业。考虑特高压对设备稳定性和技术要求高，前期研发投入大，细分行业龙头将继续领先优势。 变压器：已完成建设招标的线路，设备供应商主要为特变电工、中国西电等行业龙头。换流变压器招标特变电工份额接近45%，中国西电约35%，天威保变20%。考虑到示范线路招标量小，份额相对集中，全面建设启动后龙头企业相对份额会略有下降，但绝对中标金额提升明显。 换流阀：国内换流阀生产企业包括中国西电、许继集团和电科院，考虑到换流阀技术门槛高，未来将继续是三家三分天下的局面。 直流保护系统：许继电气、南瑞继保和四方继保三分天下，占比分别为38%、60%和2%。 无功补偿技术———“特高压”拉动发展 无功补偿技术旨在调节电网中的无功功率，减少电源由线路输送的无功，最终降低线路和变压器因输送无功造成的电能损耗，提高电源和线路的利用效率并保证电网运行的稳定。特高压输电由于线路距离长、电压高，在变电站配电端和输电网络中需安装无功补偿装置。 无功补偿主要分为并联型和串联型，目前电科院是行业龙头，占比超过80%。荣信股份并联无功补偿SVC在工业领域应用广泛，年内取得国网订单显示开拓电网脚步加快；串补TCSC中标南网大单，与西门子成立合资公司后预计将在电网市场取得不错的成绩。 预计“十二五”期间并联无功补偿（SVC+SVG）市场容量在51亿元，可控串补（TCSC）配合500kV以上线路建设，需求在60亿元，无功补偿总需求在111亿元，年均22.2亿元。 结合上述分析，提出如下核心观点：第一，“十二五”特高压直流进度符合预期，交流建设延迟是大概率事件，目前国网正加速推进项目审批和招标，未来工程获批将整体利好行业。 第二，特高压建设主要是高端一次设备，由于技术难度大，需要前期投入多，行业龙头优势明显，未来将占领主要份额。 第三，2011年是全面建设初年，投资启动对行业相关公司的业绩贡献将在今年下半年逐步体现。 特高压交流——进度落后期待项目审批提速 示范线路验收推迟交流建设提速在即 国家电网特高压交流示范工程晋东南—南阳—荆门1000kV线路直至2010年8月才通过国家验收，目前特高压交流建设进度落后于市场预期。 国网公司去年9月开始示范工程扩建工程施工招标，据悉另一条特高压交流线路锡盟—南京前期工作正有序开展，都预示着国网正努力推进特高压交流项目，未来建设提速可以期待。 按照国家电网的规划，到2015年将基本建成华北、华东、华中（“三华”）特高压电网，形成“三纵三横一环网”。特高压交流工程方面，锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向“三华”送电，北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。 从前期准备和招标情况看，“三纵”线路进度较快，未来有望先于其他线路提前开工。 预计国家电网特高压交流规划对应总投资2989亿元，其中特高压变电站投资1225亿元，线路投资1764亿元。设备利好——变压器、GIS、电抗器 特高压交流设备包括变压器、电抗器、组合电器开关GIS、隔离开关、避雷器和无功补偿设备等，其中变压器、电抗器和GIS占比较大，根据示范线路投资组成粗略计算比例分别为18%、16%、24%。 乐观估计：“十二五”期间特高压交流7条线路全部完成投资；悲观估计：“十二五”完成预计投资量的70%。 变压器：主要设备供应商包括特变电工、天威保变和中国西电，示范线路招标占比分别为60%、40%、0%。预计中国西电技术实力雄厚，未来将享有一定份额，同时其他变压器企业有望在全面建设后取得订单。 电抗器：从示范线路招标看，中国西电和特变电工占比分别为58%和42%。考虑全面建设后预计其他企业能分得10%~15%的市场份额。 GIS：示范线路招标平高电气、中国西电和新东北电气均分天下，组合电器开关技术难度高，预计全面建设后将继续是三家领先行业。 特高压交流建设进度低于预期，目前晋东南—荆门扩建线路正有序招标，锡盟—南京线路年内有望获批，未来投资和建设有望提速，高端一次设备龙头仍是受益主体。