我國智能配電與物聯網行業現狀及發展趨勢

◎ 中國智能配電與物聯網創新平臺

在數字經濟和“碳達峰碳中和”雙重驅動下，配電網在構建新型電力系統中的樞紐地位日益凸顯，對于助力電力行業轉型發展與保障能源安全具有關鍵作用。同時，隨著分布式新能源的高比例滲透、電力電子設備的高比例接入、電力與電子裝備的高度融合以及多元產銷用戶的出現，對智能配電與物聯網的技術特征、運行機制、發展模式等帶來深刻變革和重大挑戰。本文分析了智能配電與物聯網行業建設成效和行業發展面對的挑戰，并在此基礎上對智能配電與物聯網行業的發展進行了展望，為配電網轉型升級、支撐雙碳目標提供參考。

一、智能配電與物聯網行業建設成效

智能配電網是能源互聯網、數字化電網的重要組成部分，是配電技術與物聯網技術深度融合產生的一種新型配電網絡形態，上聯輸電主網，下聯廣大用戶，匯聚了大量的分布式電源、儲能、電動汽車等交互式源荷設施，是新型電力系統中重要的能源交互樞紐，對支撐能源生產的清潔替代和能源消費的電能替代意義重大。智能配電網經歷了從配電自動化試點示范到全面建設的過程，并逐步過渡到配電自動化與物聯網技術深度融合的配電物聯網時代，取得了顯著成效。

（一）配電網投資建設成效顯著

近年來，我國配電網投資建設成效顯著，電網投資持續向配電側傾斜。2020年，國家電網公司電網基建投資達到4605億元，占比由10年前的47%提高到58%。6-20kV配電線路427.3萬千米，其中，架空線路345.2萬千米，電纜線路82.1萬千米，配電變壓器524.2萬臺、容量16.7億千伏安，配電開關586.8萬臺；南方電網公司2020年完成電網建設投資709億元，擁有中壓（10-20kV）饋線約8萬條，100萬千米，其中架空線路75萬千米，電纜線路25萬千米，配電房12萬座配電變壓器180多萬臺，智能電表近1億臺，配電通信網覆蓋率達到95%；內蒙古電力公司擁有中壓（10-20kV）饋線5301條（15.37萬千米），其中架空線路14.47萬千米，電纜線路0.9萬千米，配電房598座，箱變1.1萬座，柱上變臺8.99萬臺，配電變壓器10.40萬臺（公變），智能電表775萬臺。

（二）配電網數字化轉型進程加速

近年來，以大數據、人工智能、區塊鏈、5G通信等為代表的新興數字技術與配電網業務融合，豐富了配電系統的應用場景，有力提升了電網安全運營能力和客戶服務水平。國家電網公司以“建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”戰略目標為引領，以“構建以新能源為主體的新型電力系統”為發展方向，以提升供電可靠性為主線，全力推進配電網數字化轉型升級。到2020年年底，國家電網配電自動化線路覆蓋率達到90%，各省地市主站系統全覆蓋，配電網設備可觀測率提升至70%，完成43.6萬個臺區智能融合終端建設。配電網搶修指揮平臺建設全面完成，智能電能表全面覆蓋；南方電網公司依托“云大物移智”數字化技術，以設備數字化為基礎，加快推進“數字配電網”“堅強配電網”“數字孿生電網”建設，配網調度自動化主站已全網覆蓋，全面建成全域物聯網平臺，全面實現智能電表和低壓集抄“兩覆蓋”；內蒙古電力公司全力推動物聯網、大數據、人工智能等技術賦能風電與光伏發電利用，不斷提升配電網數字化水平。到2020年底，配電自動化覆蓋率為95.62%，配電通信網覆蓋率為97.30%，智能電表覆蓋率97.57%，互聯網平臺用戶達5553萬，互聯網繳費比例為28.7%，疫情期間99%涉電業務通過網上辦理。

（三）配電網供電質量和供電能力顯著提升

面對日趨復雜的電力系統給電力可靠性工作帶來的新挑戰、能源轉型發展給電力可靠性工作帶來的新挑戰和人民日益增長的美好生活需要對電力可靠性工作提出新要求，電力行業以可靠性管理為基礎，實現了配電網供電質量和供電能力的顯著提升。2020年全國平均供電可靠率為99.843%，比上年提高了0.023個百分點；用戶平均停電時間13.72小時/戶，比上年降低2.03小時/戶；用戶平均停電頻率2.99次/戶，比上年降低0.29次/戶。其中，國家電網公司經營區城、農網供電可靠率分別為99.970%、99.843%，城、農網綜合電壓合格率分別為99.995%、99.803%，用戶平均停電時間12.2小時/戶；南方電網2020年綜合電壓合格率為99.9702%，城市地區、農村供電可靠率分別達到99.9673%、99.8434%；內蒙古電力公司區域平均供電可靠率99.8084%，比上年提高0.0148個百分點，用戶平均停電時間為16.83小時/戶，比上年降低1.25小時/戶，用戶平均停電頻率2.802次/戶，比上年降低0.331次/戶。

二、智能配電與物聯網行業發展面對的挑戰和問題

“十四五”是我國全面落實高質量發展要求、加快能源變革轉型的關鍵期。我國電力需求將持續增長，預計到2025年全社會用電量、最大負荷將達9.2萬億千瓦時、15.7億千瓦。隨著越來越多的分布式可再生能源接入配電網就地消納，配電物聯網將逐步向供需互動的有源網絡過渡。網架結構與功能形態的變化，復合產生新的功能和性能要求，給配電網帶來新的挑戰。同時，配電物聯網相關產業發展也面臨設備標準化程度不高、設備狀態感知數據分析能力不足、設備制造行業產能結構化風險突出、缺乏核心技術等一系列問題。

（一）智能配電與物聯網行業發展面對的挑戰

1.行業發展面臨安全挑戰

風、光等分布式可再生能源發電具有極強的隨機性、間歇性和波動性，隨著配電網中新能源滲透率的提高，線路潮流大小甚至方向變化頻繁，配電網功率平衡呈現概率化。同時，風、光發電出力“靠天吃飯”，極易導致以新能源發電為主的配電系統供電不足或倒送電。此外，新能源廣泛采用逆變器等設備并網，提高了配電網電力電子化程度，也加大了運行控制難度。在新能源大規模、高比例接入場景下，保障系統運行安全是重中之重，需大幅提升配電網彈性自適應能力，強化網源荷協調控制。

2.行業發展面臨效率挑戰

大量研究和案例表明，隨著新能源裝機的增加，為滿足新能源全額消納，系統成本將呈現持續擴大趨勢。統計顯示，“十三五”期間國家電網公司配電網投資占電網基建投資已近60%。面對“雙碳”目標下配電網投資需求的變動趨勢，從國有資本保值增值角度出發，需要提高投入產出效率效益，確保配電網可持續發展。

3.行業發展面臨智能化挑戰

從“雙碳”目標發展趨勢看，在以可再生能源規模化接入為特征的新型電力系統框架下，配電主體更加復雜多元，能源流向更加多樣。這就要求配電網具備強大的綜合承載能力、全息感知能力和智能調控能力，并要求電力與電子高度融合形成智能化和柔性化的配電設備以提供系統支撐。在保證新能源足額消納的同時，需要滿足多元化負荷“即插即用”接入需求。

4.行業發展面臨開放性挑戰

“雙碳”目標的提出，將推動配電網與能源互聯網銜接更加緊密，要求加大投資開放力度，加強與其他基礎設施的融通融合，加快發展成為分布式可再生能源消納的支撐平臺、多元海量信息集成的數據平臺、多利益主體參與的交易平臺，繼而催生更多的新業務、新業態、新模式，滿足各類主體和社會資本投資及交易需求。

5. 行業發展面臨低碳化挑戰

配電網設備種類多、數量大，且存在一定比例的老舊設備，一直是電網公司節能降耗的重點領域。新型配電系統更要求深入踐行綠色發展理念，進一步加大配電網領域低碳治理力度，積極推廣應用綠色環保、節能高效的配電設備，引領帶動電網全環節全流程綠色生態環保，為降低碳排放整體水平作出貢獻。

（二）配電物聯網相關產業發展面臨的問題

1.配電網設備標準化程度不高

當前，在技術快速迭代的形態下，配電物聯網相關產業面臨標準化不足帶來的一系列問題。首先是設備型號類別繁雜。設備生產廠家執行的技術標準不一致，設備的通用性差、互換性不高。其次是設備的環境適應性差。現有配電網設備缺少特殊運行環境的配置標準要求，對于高海拔、高溫差、高鹽霧等地區的適應性較差。然后是設備質量問題多。設備在穩定性和可靠性方面，與國際知名公司存在著較大差距。最后是設備選型不滿足長遠發展要求。部分開關站、環網柜等設備的選型配置缺乏前瞻性，設備的一次容量預留不足、二次擴展需求考慮不充分。

2.配網設備狀態感知數據分析能力不足

現有設備狀態感知的傳統分析應用算法簡單，缺乏面向數據深度應用的數據挖掘能力，技術、算法、模型的積累沉淀非常欠缺，數據分析成為提升配電設備管理能力的瓶頸。首先，現有的多維統計分析功能偏弱，缺乏多模態數據集成挖掘功能。其次，現有的傳統分析大多數是周期性分析，缺乏實時分析和全過程分析應用。

3.配電設備制造行業產能結構化風險突出

配電設備制造行業擁有大量的企業，行業集中度小，同質化突出，市場供給波動大，行業存在著結構性一般產能過剩和高端定制需求產品短缺的雙重供給風險。市場供給總量過剩的局面短期內難以改變，隨著新增產能的釋放，市場供需矛盾凸顯。

4.缺乏核心技術

受前期技術積累較短及國際社會的科技封鎖影響，部分核心技術與國外相比仍有不足，主要體現在電力定制芯片技術、電力傳感器技術、核心工業軟件、機器人核心軟法、數據庫管理系統等方面，亟需加強攻關突破。

三、智能配電與物聯網行業未來展望

“十四五”時期，隨著供給端集中式新能源規模化集約化開發、大范圍優化配置與分布式新能源便捷接入、就近消納，以及需求端產業結構優化升級特別是高載能產業發展進一步放緩，我國電力供需格局有望“總體平衡”。分布式新能源的高比例滲透、電力電子設備的高比例接入及多元交互用戶的出現，將對發輸配用各領域、源網荷儲各環節的協調聯動帶來重大挑戰，勢必深刻影響著智能配電與物聯網行業未來的技術發展態勢與產業演變格局。未來，智能配電與物聯網將以綠色低碳、安全可靠、高效互動、智能開放、平衡普惠等內涵特征為導向。

（一）智能配電與物聯網技術發展態勢和產業演變格局

1.技術發展態勢：配電網加速數字化轉型

未來新型數字配電網需要圍繞配電網全要素、各環節，通過采用新興數字集成技術，橫向融合智庫、孵化器、供應鏈、質量鏈、科技金融、文化品牌等跨界業態，縱向貫通“戰-線-臺-戶”全產業鏈和設計、研發、生產制造、營銷、服務等全生命周期，橫縱交叉融合、一體化綜合集成，從物理空間與虛擬空間兩個維度搭建不同層級、不同區域、不同顆粒度的數字配電網生態系統，打通配電網線上線下技術鏈、供應鏈、產業鏈壁壘，實現源網荷儲全環節融合貫通、一二次設備互聯智聯、云腦智慧決策指揮、運行控制精準智能，促進海量配電終端、資源、數據、設備、軟件和主體的全天候、跨區域、跨系統全面感知、在線監測、精準預測、智能調控和彈性供給，有效化解來自分布式能源接入與電動汽車并網帶來的復雜性和不確定性，最終逐步演化成為一個多能源匯集轉化、供用能交互交易、多形式管控、多信道互聯與多流（能量流、信息流、業務流）融合的智能化、一體化能源互聯網平臺，為能源的提供者、傳輸管控者、使用者等諸方提供實時交易、自由選擇和服務支撐，保障能源供需科學平衡。

2.產業演變格局：重塑智能配電與物聯網發展生態

新興數字技術集群不僅賦能配電網行業整體技術提升與加速數字化轉型，還將持續變革和顛覆傳統商業模式、創新模式、運營模式、管理模式與服務模式，重新定義和優化產業鏈、供應鏈與價值鏈，未來有望發展成為一個軟件定義、數據驅動、平臺支撐、智能主導、服務增值、多方參與、合作共贏、協同演進的全新產業生態圈，推動配電網行業生產力變革、生產關系優化與產業生態重塑。

（1）科技金融跨界聯姻、雙輪驅動垂直平臺有望成為行業發展新標配

“十四五”時期，新型數字配電網需要依托垂直性生態平臺，突出科技與金融跨界聯姻、雙輪驅動，充分發揮科技的賦能支撐效應與金融的資源整合價值。在運營上，樹立“輕資產投入、重資產持有”理念，通過平臺產業基金、供應鏈基金與孵化基金投資配電網產業鏈各環節關鍵節點優質科技企業，持續生態賦能、動態分享全產業鏈合理增值收益，有效分散甚至合理規避配電網生產制造企業投資風險，促進實體經濟、權益經濟與數字經濟之間價值最優傳遞和生態增值。此外，平臺將沉淀積聚的大量數據資源與業務體系對接，開發形成“數據 + 信貸”“數據 + 租賃”“數據 + 保險”等不同模式的系列金融科技服務產品，全方位提升平臺服務能力與賦能水平。

（2）智能應用場景日漸豐富,助力新型數字配電網建設擴能提速

當前，數字技術開始融入配電網領域，但尚未全面打通、深度融合、聚合反應，導致數字化應用場景總體規模不大、種類不夠豐富、賦能價值有限，主要集中在配電裝（設）備等局部硬件領域。“十四五”時期，隨著“云大物移智鏈”技術與配電網加速深度融合，以“數據 + 模型 + 算法 + 計算能力 + 軟件定義”為核心驅動力的新型數字配電網建設全面鋪開，智能應用場景將加速豐富深化，對行業發展的牽引效應與乘數效應將日益凸顯，有望成為配電網行業探索新技術、孵化新模式、打造新產品與催生新業態的“試驗田”與“體驗地”，有力支撐配電網行業全要素、全業務、全流程數字化轉型。

（二）智能配電與物聯網發展方向

智能配電與物聯網將以綠色低碳、安全可靠、高效互動、智能開放、平衡普惠等內涵特征為導向，在高比例消納可再生能源、支撐大規模電動汽車充換電服務、增強網絡安全和數據隱私保護能力、加強城市與電網一體化規劃水平、加強配電網彈性、提升配電網生產運行數字化水平、優化電力營商環境及深化電力增值服務七大方面做出努力。

一是高比例消納可再生能源。深化完善并推廣電網承載力分析方法，推進分布式電源信息采集，提高功率預測精度，優化分布式電網并網和交易管理，適應分布式電源規模化發展。二是支撐大規模電動汽車充換電服務。優化布局城市公共充電網絡，統籌城市電網建設和局部配電網建設改造。提升電動汽車用戶服務水平，滿足用戶差異性需求。三是增強網絡安全和數據隱私保護能力。積極構建主動、被動防御結合的網絡安全防控體系，重點突破電力芯片卡脖子技術，構建分層級、差異化、全過程數據隱私保護體系。四是加強城市與電網一體化規劃水平。建立電力、城市多維度大數據庫共享平臺。結合地區經濟社會發展的趨勢特征和土地資源的利用空間，考慮區域一體化發展要求，將配電網規劃有機融合到城市中長期發展規劃中。五是提升配電網彈性。提高配電網對極端災害的感知能力，響應能力，適應能力，以及災后恢復能力。不斷總結應對極端災害事件的經驗，進一步提升配電網彈性。六是全面提升配電網生產運行數字化水平。深化數據驅動的智能規劃和精準投資，強化電網建設全過程數據化管控，構建覆蓋輸變配各環節智能運檢體系，推進電網調度運行數字化提升。七是持續優化電力營商環境，不斷深化電力增值服務。堅持以客戶為中心，以市場為導向，加快建設現代化服務體系，全面提升客戶獲得感、滿意度；堅持以優質服務助力市場開拓，以電位中心延伸服務鏈條，以數據為抓手服務場景。