我国智能配电与物联网行业现状及发展趋势

◎ 中国智能配电与物联网创新平台

在数字经济和“碳达峰碳中和”双重驱动下，配电网在构建新型电力系统中的枢纽地位日益凸显，对于助力电力行业转型发展与保障能源安全具有关键作用。同时，随着分布式新能源的高比例渗透、电力电子设备的高比例接入、电力与电子装备的高度融合以及多元产销用户的出现，对智能配电与物联网的技术特征、运行机制、发展模式等带来深刻变革和重大挑战。本文分析了智能配电与物联网行业建设成效和行业发展面对的挑战，并在此基础上对智能配电与物联网行业的发展进行了展望，为配电网转型升级、支撑双碳目标提供参考。

一、智能配电与物联网行业建设成效

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。智能配电网经历了从配电自动化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，取得了显著成效。

（一）配电网投资建设成效显著

近年来，我国配电网投资建设成效显著，电网投资持续向配电侧倾斜。2020年，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16.7亿千伏安，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。

（二）配电网数字化转型进程加速

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与配电网业务融合，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，全力推进配电网数字化转型升级。到2020年年底，国家电网配电自动化线路覆盖率达到90%，各省地市主站系统全覆盖，配电网设备可观测率提升至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，智能电能表全面覆盖；南方电网公司依托“云大物移智”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”；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97.57%，互联网平台用户达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。

（三）配电网供电质量和供电能力显著提升

面对日趋复杂的电力系统给电力可靠性工作带来的新挑战、能源转型发展给电力可靠性工作带来的新挑战和人民日益增长的美好生活需要对电力可靠性工作提出新要求，电力行业以可靠性管理为基础，实现了配电网供电质量和供电能力的显著提升。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2.802次/户，比上年降低0.331次/户。

二、智能配电与物联网行业发展面对的挑战和问题

“十四五”是我国全面落实高质量发展要求、加快能源变革转型的关键期。我国电力需求将持续增长，预计到2025年全社会用电量、最大负荷将达9.2万亿千瓦时、15.7亿千瓦。随着越来越多的分布式可再生能源接入配电网就地消纳，配电物联网将逐步向供需互动的有源网络过渡。网架结构与功能形态的变化，复合产生新的功能和性能要求，给配电网带来新的挑战。同时，配电物联网相关产业发展也面临设备标准化程度不高、设备状态感知数据分析能力不足、设备制造行业产能结构化风险突出、缺乏核心技术等一系列问题。

（一）智能配电与物联网行业发展面对的挑战

1.行业发展面临安全挑战

风、光等分布式可再生能源发电具有极强的随机性、间歇性和波动性，随着配电网中新能源渗透率的提高，线路潮流大小甚至方向变化频繁，配电网功率平衡呈现概率化。同时，风、光发电出力“靠天吃饭”，极易导致以新能源发电为主的配电系统供电不足或倒送电。此外，新能源广泛采用逆变器等设备并网，提高了配电网电力电子化程度，也加大了运行控制难度。在新能源大规模、高比例接入场景下，保障系统运行安全是重中之重，需大幅提升配电网弹性自适应能力，强化网源荷协调控制。

2.行业发展面临效率挑战

大量研究和案例表明，随着新能源装机的增加，为满足新能源全额消纳，系统成本将呈现持续扩大趋势。统计显示，“十三五”期间国家电网公司配电网投资占电网基建投资已近60%。面对“双碳”目标下配电网投资需求的变动趋势，从国有资本保值增值角度出发，需要提高投入产出效率效益，确保配电网可持续发展。

3.行业发展面临智能化挑战

从“双碳”目标发展趋势看，在以可再生能源规模化接入为特征的新型电力系统框架下，配电主体更加复杂多元，能源流向更加多样。这就要求配电网具备强大的综合承载能力、全息感知能力和智能调控能力，并要求电力与电子高度融合形成智能化和柔性化的配电设备以提供系统支撑。在保证新能源足额消纳的同时，需要满足多元化负荷“即插即用”接入需求。

4.行业发展面临开放性挑战

“双碳”目标的提出，将推动配电网与能源互联网衔接更加紧密，要求加大投资开放力度，加强与其他基础设施的融通融合，加快发展成为分布式可再生能源消纳的支撑平台、多元海量信息集成的数据平台、多利益主体参与的交易平台，继而催生更多的新业务、新业态、新模式，满足各类主体和社会资本投资及交易需求。

5. 行业发展面临低碳化挑战

配电网设备种类多、数量大，且存在一定比例的老旧设备，一直是电网公司节能降耗的重点领域。新型配电系统更要求深入践行绿色发展理念，进一步加大配电网领域低碳治理力度，积极推广应用绿色环保、节能高效的配电设备，引领带动电网全环节全流程绿色生态环保，为降低碳排放整体水平作出贡献。

（二）配电物联网相关产业发展面临的问题

1.配电网设备标准化程度不高

当前，在技术快速迭代的形态下，配电物联网相关产业面临标准化不足带来的一系列问题。首先是设备型号类别繁杂。设备生产厂家执行的技术标准不一致，设备的通用性差、互换性不高。其次是设备的环境适应性差。现有配电网设备缺少特殊运行环境的配置标准要求，对于高海拔、高温差、高盐雾等地区的适应性较差。然后是设备质量问题多。设备在稳定性和可靠性方面，与国际知名公司存在着较大差距。最后是设备选型不满足长远发展要求。部分开关站、环网柜等设备的选型配置缺乏前瞻性，设备的一次容量预留不足、二次扩展需求考虑不充分。

2.配网设备状态感知数据分析能力不足

现有设备状态感知的传统分析应用算法简单，缺乏面向数据深度应用的数据挖掘能力，技术、算法、模型的积累沉淀非常欠缺，数据分析成为提升配电设备管理能力的瓶颈。首先，现有的多维统计分析功能偏弱，缺乏多模态数据集成挖掘功能。其次，现有的传统分析大多数是周期性分析，缺乏实时分析和全过程分析应用。

3.配电设备制造行业产能结构化风险突出

配电设备制造行业拥有大量的企业，行业集中度小，同质化突出，市场供给波动大，行业存在着结构性一般产能过剩和高端定制需求产品短缺的双重供给风险。市场供给总量过剩的局面短期内难以改变，随着新增产能的释放，市场供需矛盾凸显。

4.缺乏核心技术

受前期技术积累较短及国际社会的科技封锁影响，部分核心技术与国外相比仍有不足，主要体现在电力定制芯片技术、电力传感器技术、核心工业软件、机器人核心软法、数据库管理系统等方面，亟需加强攻关突破。

三、智能配电与物联网行业未来展望

“十四五”时期，随着供给端集中式新能源规模化集约化开发、大范围优化配置与分布式新能源便捷接入、就近消纳，以及需求端产业结构优化升级特别是高载能产业发展进一步放缓，我国电力供需格局有望“总体平衡”。分布式新能源的高比例渗透、电力电子设备的高比例接入及多元交互用户的出现，将对发输配用各领域、源网荷储各环节的协调联动带来重大挑战，势必深刻影响着智能配电与物联网行业未来的技术发展态势与产业演变格局。未来，智能配电与物联网将以绿色低碳、安全可靠、高效互动、智能开放、平衡普惠等内涵特征为导向。

（一）智能配电与物联网技术发展态势和产业演变格局

1.技术发展态势：配电网加速数字化转型

未来新型数字配电网需要围绕配电网全要素、各环节，通过采用新兴数字集成技术，横向融合智库、孵化器、供应链、质量链、科技金融、文化品牌等跨界业态，纵向贯通“战-线-台-户”全产业链和设计、研发、生产制造、营销、服务等全生命周期，横纵交叉融合、一体化综合集成，从物理空间与虚拟空间两个维度搭建不同层级、不同区域、不同颗粒度的数字配电网生态系统，打通配电网线上线下技术链、供应链、产业链壁垒，实现源网荷储全环节融合贯通、一二次设备互联智联、云脑智慧决策指挥、运行控制精准智能，促进海量配电终端、资源、数据、设备、软件和主体的全天候、跨区域、跨系统全面感知、在线监测、精准预测、智能调控和弹性供给，有效化解来自分布式能源接入与电动汽车并网带来的复杂性和不确定性，最终逐步演化成为一个多能源汇集转化、供用能交互交易、多形式管控、多信道互联与多流（能量流、信息流、业务流）融合的智能化、一体化能源互联网平台，为能源的提供者、传输管控者、使用者等诸方提供实时交易、自由选择和服务支撑，保障能源供需科学平衡。

2.产业演变格局：重塑智能配电与物联网发展生态

新兴数字技术集群不仅赋能配电网行业整体技术提升与加速数字化转型，还将持续变革和颠覆传统商业模式、创新模式、运营模式、管理模式与服务模式，重新定义和优化产业链、供应链与价值链，未来有望发展成为一个软件定义、数据驱动、平台支撑、智能主导、服务增值、多方参与、合作共赢、协同演进的全新产业生态圈，推动配电网行业生产力变革、生产关系优化与产业生态重塑。

（1）科技金融跨界联姻、双轮驱动垂直平台有望成为行业发展新标配

“十四五”时期，新型数字配电网需要依托垂直性生态平台，突出科技与金融跨界联姻、双轮驱动，充分发挥科技的赋能支撑效应与金融的资源整合价值。在运营上，树立“轻资产投入、重资产持有”理念，通过平台产业基金、供应链基金与孵化基金投资配电网产业链各环节关键节点优质科技企业，持续生态赋能、动态分享全产业链合理增值收益，有效分散甚至合理规避配电网生产制造企业投资风险，促进实体经济、权益经济与数字经济之间价值最优传递和生态增值。此外，平台将沉淀积聚的大量数据资源与业务体系对接，开发形成“数据 + 信贷”“数据 + 租赁”“数据 + 保险”等不同模式的系列金融科技服务产品，全方位提升平台服务能力与赋能水平。

（2）智能应用场景日渐丰富,助力新型数字配电网建设扩能提速

当前，数字技术开始融入配电网领域，但尚未全面打通、深度融合、聚合反应，导致数字化应用场景总体规模不大、种类不够丰富、赋能价值有限，主要集中在配电装（设）备等局部硬件领域。“十四五”时期，随着“云大物移智链”技术与配电网加速深度融合，以“数据 + 模型 + 算法 + 计算能力 + 软件定义”为核心驱动力的新型数字配电网建设全面铺开，智能应用场景将加速丰富深化，对行业发展的牵引效应与乘数效应将日益凸显，有望成为配电网行业探索新技术、孵化新模式、打造新产品与催生新业态的“试验田”与“体验地”，有力支撑配电网行业全要素、全业务、全流程数字化转型。

（二）智能配电与物联网发展方向

智能配电与物联网将以绿色低碳、安全可靠、高效互动、智能开放、平衡普惠等内涵特征为导向，在高比例消纳可再生能源、支撑大规模电动汽车充换电服务、增强网络安全和数据隐私保护能力、加强城市与电网一体化规划水平、加强配电网弹性、提升配电网生产运行数字化水平、优化电力营商环境及深化电力增值服务七大方面做出努力。

一是高比例消纳可再生能源。深化完善并推广电网承载力分析方法，推进分布式电源信息采集，提高功率预测精度，优化分布式电网并网和交易管理，适应分布式电源规模化发展。二是支撑大规模电动汽车充换电服务。优化布局城市公共充电网络，统筹城市电网建设和局部配电网建设改造。提升电动汽车用户服务水平，满足用户差异性需求。三是增强网络安全和数据隐私保护能力。积极构建主动、被动防御结合的网络安全防控体系，重点突破电力芯片卡脖子技术，构建分层级、差异化、全过程数据隐私保护体系。四是加强城市与电网一体化规划水平。建立电力、城市多维度大数据库共享平台。结合地区经济社会发展的趋势特征和土地资源的利用空间，考虑区域一体化发展要求，将配电网规划有机融合到城市中长期发展规划中。五是提升配电网弹性。提高配电网对极端灾害的感知能力，响应能力，适应能力，以及灾后恢复能力。不断总结应对极端灾害事件的经验，进一步提升配电网弹性。六是全面提升配电网生产运行数字化水平。深化数据驱动的智能规划和精准投资，强化电网建设全过程数据化管控，构建覆盖输变配各环节智能运检体系，推进电网调度运行数字化提升。七是持续优化电力营商环境，不断深化电力增值服务。坚持以客户为中心，以市场为导向，加快建设现代化服务体系，全面提升客户获得感、满意度；坚持以优质服务助力市场开拓，以电位中心延伸服务链条，以数据为抓手服务场景。