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1.1 国内外发展现状

1.1.1 需求侧发展现状

智能配电网是能源互联网、数字化电网的重要组成部分,是配电技术与物联网技术深度融合产生的一种新型配电网络形态,上联输电主网,下联广大用户,汇聚了大量的分布式电源、储能、电动汽车等交互式源荷设施,是新型电力系统中重要的能源交互枢纽,对支撑能源生产的清洁替代和能源消费的电能替代意义重大。2009年我国提出“在考虑现有网架基础和利用现有设备资源基础上,建设满足配电网实时监控与信息交互、支持分布式电源和电动汽车充电站接入与控制,具备与主网和用户良好互动的开放式配电自动化系统,适应坚强智能配电网建设与发展”的智能配电网。在随后10年,智能配电网经历了从配电自动化的试点示范到全面建设的过程,并逐步过渡到配电自动化与物联网技术深度融合的配电物联网时代。取得了如下主要成效。

(1)配电网投资建设成效显著。 “十三五”时期,电网投资持续向配电侧倾斜,配电网建设成效显著。到2020年年底,国家电网公司电网基建投资达到4605亿元,占比由10年前的47%提高到58%。6~20kV配电线路427.3万千米。其中,架空线路345.2万千米,电缆线路82.1万千米,配电变压器524.2万台、容量16.7亿kVA,配电开关586.8万台;南方电网公司2020年完成电网建设投资709亿元,拥有中压(10~20kV)馈线约8万条,100万千米,其中架空线路75万千米,电缆线路25万千米,配电房12万座,配电变压器180多万台,智能电表近1亿台,配电通信网覆盖率达到95%;内蒙古电力公司拥有中压(10~20kV)馈线5301条(15.37万千米),其中,架空线路14.47万千米,电缆线路0.9万千米,配电房598座,箱变1.1万座,柱上变台8.99万台,配电变压器10.40万台(公变),智能电表775万台。中心城市(区)高压配电网“ N -1”通过率为91.4%,中压配电网联络率为93.55%,核心区新建线路电缆化率为87.84%;城镇高压配电网“ N -1”通过率为88.72%,中压配电网联络率为84.8%;开关无油化率为99.96%。

(2)配电网数字化转型进程提速。 近年来,以大数据、人工智能、区块链、5G通信等为代表的新兴数字技术不断与配电网业务深度融合,丰富了配电系统的应用场景,有力提升了电网安全运营能力和客户服务水平。国家电网公司以“建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标为引领,以“构建以新能源为主体的新型电力系统”为发展方向,以提升供电可靠性为主线,重点围绕配电自动化实用化、配电物联网体系建设与电网资源业务中台建设应用,全力推进配电网数字化转型升级,实现配电网由传统单向无源网络演变为区域能源资源配置平台,提升综合承载能力,满足清洁能源足额消纳和多元化负荷灵活接入需求,打造一流现代化配电网。到2020年年底,国网配电自动化线路覆盖率为90%,各省、市主站系统全覆盖,配电网设备可观测率由不足5%提升至70%,完成43.6万个台区智能融合终端建设。配电网抢修指挥平台建设全面完成,智能电能表全覆盖。南方电网公司依托云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等数字化技术,以设备数字化为基础,加快推进“数字配电网”“坚强配电网”“数字孪生电网”建设,配电网调度自动化主站已全网覆盖,全面建成全域物联网平台,全面实现智能电表和低压集抄“两覆盖”,建成前海自贸区、佛山金融高新区、河池东兰县农村智能电网、海岛微电网等一批高质量城市配电网和农村电网示范区。内蒙古电力公司全力推动物联网、大数据、人工智能等技术赋能风电与光伏发电利用,不断提升配电网数字化水平。到2020年年底,配电自动化覆盖率为95.62%,配电通信网覆盖率为97.30%,智能电表覆盖率为97.57%,互联网平台用户数达5553万,互联网缴费比例为28.7%,疫情期间99%涉电业务通过网上办理。

(3)配电网供电质量和供电能力显著提升。 2020年全国平均供电可靠率为99.843%,比上年提高了0.023个百分点;用户平均停电时间13.72小时/户,比上年降低2.03小时/户;用户平均停电频率2.99次/户,比上年降低0.29次/户。其中,国家电网公司经营区城、农网供电可靠率分别为99.970%、99.843%,城、农网综合电压合格率分别为99.995%、99.803%,用户平均停电时间12.2小时/户;南方电网2020年综合电压合格率为99.9702%,城市地区、农村供电可靠率分别达到99.9673%、99.8434%;内蒙古电力公司区域平均供电可靠率为99.8084%,比上年提高0.0148个百分点,用户平均停电时间为16.83小时/户,比上年降低1.25小时/户,用户平均停电频率为2.802次/户,比上年降低0.331次/户。

1.1.2 供给侧发展现状

国内涉及配电及其物联网装备制造的企业主要有3000多家,包括南瑞、许继、平高、信产、南网数研院、山东电工、北京四方、正泰电器、江苏大全、合纵科技、中恒电气、北京科锐、智光电气、万讯自控等。领域内大多数相关企业产业形态横跨多个领域,特别是领域内领先的头部企业跨界现象更为普遍,因此,从营收角度难以全面衡量配电物联网的产业现状。作为电网工程的重要组成部分,包含配电物联网的配电网工程占比过半,因此,基于电网工程投资规模变化趋势判断配电物联网领域产业发展情况具有现实意义和参考价值。

根据2019年国家电网公司配电网设备协议库存招标情况,配电箱招标60714个,同比增长2381.16%,其中户外配电箱招标57173个,占比94.17%;共招标配电终端166445套,同比增加64.26%,其中配变终端招标138505套,占比83.21%,馈线终端招标16068套,占比9.65%,站所终端招标11872套,占比7.13%;共招标电缆分支箱142745只,同比增加51.37%,其中电缆分支箱以400V为主,共招标133642只,占比93.62%;共招标配电变压器75291台,同比减少27.20%,其中配电变压器以10kV为主,共招标75249台,占比99.94%,油浸式变压器招标73137台,占比97.14%;共招标环网箱19177台/套,同比减少38.96%,其中环网箱以10kV为主,共招标19173台/套,占比99.98%,一二次融合成套环网箱招标12694台/套,占比66.19%,SF 6 绝缘环网箱招标11080台/套,占比87.29%。2019年国家电网公司部分配电网设备协议库存招标数及同比数据如图1-1所示。

图1-1 2019年国家电网公司部分配电网设备协议库存招标数及同比数据

近年来,以一二次融合成套设备,带电作业机器人,智能电力通信开关等为代表的智能配电装备/配电物联网设备的招标量增长明显,且占比逐年提高,用户侧设备优化和配电网智能化需求快速上升,进一步推动产业重心向“智能”和“数字”迁移,传统配电设备制造企业正积极改变思路,谋求融合创新发展。

制造企业国际化发展成为重要趋势。“十三五”期间,“一带一路”倡议为中国电力企业“走出去”提供了机遇,也为化解输配电行业产能过剩提供了新的机会。目前,中国电网企业已经成功投资多个海外输配电资产。国家电网公司投资运营菲律宾、巴西、澳大利亚、意大利、希腊等国家的输配电网,南方电网公司投资运营卢森堡、智利等国家的输配电网。国内输配电及控制设备制造企业通过贸易出口、EPC(Engineering Procurement Construction,工程总承包)带动、海外投资建厂等方式借船出海,将产品输出到世界超过100个国家,初步形成具有国际竞争力的电工装备品牌。

1.1.3 国外智能配电与物联网发展现状

目前工业发达国家的配电网架比较完善,普遍配备了配电管理系统(DMS)、停电管理系统(OMS);近年来高级量测体系(AMI)以及先进配电自动化(ADA)等也得到广泛应用;分布式电源发展迅速且大多从配电网侧接入,成为智能配电网的重要组成部分;供给需求互动、用户参与的用电格局已经形成。

欧洲配电网转型发展的关键驱动因素在于分布式电源以及电动汽车、储能等负荷形式的显著变化。随着越来越多的分布式新能源发电和新型负荷接入配电网中,欧洲通过增加通信、传感和自动化功能,使得配电网运行方式灵活,适应发电侧和需求侧的变化。

美国配电网的发展是信息技术革命的一种延伸,侧重于配电网与通信、信息技术的融合,借此改变人们的电能消费模式,使配电网成为各种新的服务模式实施的支撑平台。

日本配电网经过多年的建设和改造,设备智能化水平较高,系统具有可靠性高、电能损耗低等特点,日本配电自动化技术已获得全面的广泛应用,并取得了非常好的应用效果。

新加坡配电网呈花瓣网状结构,并列运行,配电自动化覆盖面高,配电网可靠性高,电网运行方式灵活,设备运行效率高。

与此同时,美国以物联网应用为核心的“智慧地球”计划、欧盟的“十四点行动”计划、日本的“U-Japan计划”、韩国的“IT839战略”和“U-Korea”战略、新加坡的“下一代I-Hub”计划等都将物联网作为当前发展的重要战略目标,由此推动配电物联网快速发展。

综上,世界各国均在大力发展利用自动化实现更高效、安全的数据采集和运行控制的智能配电网,并将先进信息通信技术应用于配电网建设、运行、维护和服务等环节,构建广泛互联、安全可靠、优质高效的新型数字化配电网。 vZF73vGAFK2e7WVBFwepCBkPFinScG7a6aOla7gngbH3FHeOuIPABEgItwz6cl33

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