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虚拟电厂行业研究报告11.虚拟电厂是电网的“智能管家”,市场应用前景广阔 21.1虚拟电厂是电网的“智能管家” 21.2产业链由上游基础资源、中游系统平台、下游电力需求方构成 51.3二十年技术迭代,我国进入向市场化转型阶段 61.4虚拟电厂规模增长,我国市场前景广阔 2.1利好政策频出,电力市场逐渐放开 2.2数字技术赋能虚拟电厂发展 3.特斯拉掀起虚拟电厂浪潮,我国企业紧跟发展时机 3.1特斯拉:打造全方位能源供应,引领虚拟电厂浪潮 3.2恒实科技:虚拟电厂龙头,产业链核心地位 3.3国能日新:深耕新能源产业,开展虚拟电厂业务 3.4东方电子:能源管理系统解决方案供应商,布局智能电网全产业链 233.5远光软件:综合能源服务的优质企业,构建综合能源服务平台 4.风险提示 292图1:虚拟电厂是电网的“智能管家”以故探为“堪料”?本地控制集控平台信息流--·→能量流—;大电网智能计量技术稳定出力3(包括电动汽车、可调节负荷、可中断负荷等),作为一个整体(呈过放电来出售电能。4)混合型虚拟电厂:全能型角色。图2:虚拟电厂分为电源型虚拟电厂、负荷型虚拟电厂4肃由有相应的控制能力能够保证各类策略和指令可以被执行,这不仅仅需协调控制技术和信息通信技术。1)智能计量技术:精确地计量用户5厂的调度、生产提供依据。2)协调控制技术:收集、处理、聚合多息、用户侧信息等,并根据这些信息进行决策、调度、优化。图3:虚拟电厂三大关键为智能计量技术、协调控制技术和信息通信技术虚拟电厂关键技术体系和研发探索调优化,以达到对系·通网荷互动运行控制技术,电力无线专网55成产业链结构:由上游基础资源、中游系统平台、下游电力需求方构成。1)上游基础资源:主要包括可调负荷、分布式电源和储能能、电磁储能和相变储能。2)中游资源聚合商主要依靠互联网、大6从用电量、电压等级、产业类别等方面设计各自的大用户标准。源供应者商商商上游虚拟电厂主要起源于21世纪初期,于德国、英国、西班牙、7项目诞生于2000年,德国、荷兰、西班牙等5国11家公司共同鉴的小规模示范项目。自2001年起,欧洲各国就开始开展以集成时间参与国家用途2016南澳大利亚州降低用户电费、提高多能源系统稳定性8虚拟电厂”,实现了发电和用电的自我调节。2022年6月,《北京化的角度进行总结归纳。1)虚拟电厂1.0:最早出现的虚拟电厂主主要实现调峰、深度调峰、填谷等业务。2)虚拟电厂2.0:最为典服务市场,商业价值得到一定的展现。3)虚拟电厂3.0:随着市场9资源类型市场应用负荷侧虚拟电厂电价激励智能楼宇群控、固定聚合能源聚合商、共享电源用户响应、智能调控、电能交易自主灵活聚合虚拟电厂市场型虚拟电厂用户响应、资源共享、智能调控、电能交易、资料来源:《虚拟电厂参与电力市场与调度控制技术研究综述》,国元证券研究所全球虚拟电厂市场将从2017年的19.75亿美元增长至2023年的年全球虚拟电厂收入大约621.1百万美元,预计2028年达到2296.3百万美元,2022至2028期间,年复合增长率CAGR为年我国分布式光伏发电并网装机容量为107.5GW,同比增长37.56%。据国家电网数据,2030年国家电网经营区下的分布式电源装机将达到290GW,占总装机量10%左右,其中:分布式光伏装机达到260GW、分散式风电装机量达到30GW。从区域电力输我国跨省输送电量为1600GWH,跨区输送电量为690GWH。从电据,2021年我国电力市场交易电量累计为3778.7GWH,同比增长比增长97.80%,实现飞速增长。图6:国家电网分布式风电累计装机容量快速上升图8:电力交易中心累计市场交易电量增速明显上升市场交易电量(GWH)一增速(%)电力市场持续开放。放开电力市场交易是国家政策大趋势,落地,为虚拟电厂建设与发展提供了良好的政策环境。表3:利好政策频出时间国家发改委国家能源局国家发改委国家能源局国家发改委国家能源局国家发改委国家能源局国家发改委国家能源局国家发改委国家能源局《“十四五”现代能源体系规划》(发改能源[2022]210源[2022]206号)《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导[2022]118号)[2021]1051号)《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展改能源[2021]280号)达到峰值,力争2060年前实现碳中和;要抓紧制定2030年前碳世;而组件及控制技术日渐成熟,使得成本快速下降,根据BloombergNEF数据显示,2021年全球锂离子电池组均价约为132美元/kWh,至2024年,这一价格或会降至100美元/kWh,等于自2010年以来下降了89%,从地区看,中国的锂离子电池组拉投资630万美元后,正式成为特斯拉的联合创始人。成立以来,2015年5月,公司首先推出Powerwall,一款家用储能电池,能够将电能存储下来,用以应对傍晚用电高峰或电网断电。2016年6月特斯拉提议以25亿到30亿美元价格收购SolarCity,10月推金投入。以太阳能满足家庭供电需求,有效控制每月电费支出。使储能系统得到分布化应用,与2018年、2017年和2022年分化扩张,加速新能源经济转型。2022年7月8日,PG&E公司与电力公司与特斯拉正式推出虚拟电厂试点项目,特斯拉邀请公司近年营收快速增长。公司2017年营业收入117.59亿美元,于2021年增长到了538.23亿美元,年均复合增长近46.27%,已经从2017年亏损19.61亿美元净利润增长到了2021年的55.19亿美元净利润,2021Q1归母净利润同比增长657.53%。公司2021年四费总体占总营收的33.13%,到了2022Q1四费总体只占总营收的15.79%,波动较大。图11:公司业绩增长明显,2017-2021CAGR为46.27%图12:公司四费波动较大,2022Q1四费占总营收15.79%务及其他业务。2017-2021年公司汽车业务从96.41亿美元增长到了168.61亿美元,年均复合增长约48.77%。同期蓄能发电业务营同期服务和其他业务营收从10.01亿美元增长到了38.02亿美元,业务毛利率较高,2022Q1约为32.85%,蓄能发电业务受上游元器件材料价格上升影响,毛利率明显下降,2021Q1为-11.69%。图13:汽车业务保持高增长,2017-202图13:汽车业务保持高增长,2017-2021CAGR为48.77%解决方案提供商和运营商。恒实科技成立于2000年6月27日,全校核,发布中标96点曲线。4)T:执行发电计划。5)T+N:按应用”模式进行架构:1个平台:冀北虚拟电厂智能管控平台,可服务功能整合优化各类可调资源与电力系统实时交互。2张网络:图15:冀北虚拟电厂示范工程架构图冀北虚拟电厂示范工程架构图冀北虚拟电厂示范工程架构图( 青料来源;公司报告,因无江卷研定所公司业绩回升,亏损速度下降。2021年公司实现营业收入12.25亿元,同比减少13.54%;归属于上市公司股东的净利润-1.85亿元,图16:2021公司同比由盈转亏图17:2022Q1四费率占营收的比重上升较为显著。占比逐渐增加,2021年达到50.77%,但毛利率呈现明显的下降趋收入比例分别为21.92%和27.31%,但2021年毛利率明显上升,营业收入(百万元)收入同比(%)归母净利润(百万元)归母净利润同比(%)每股收益(元)市盈率(P/E)司2022-2024年通信行业收入同比增长21.05%、13.58%、11.2%;电力行业收入同比增长39.8%、17.98%、15.68%;其他收入同比增长46.89%、30.00%、25%。预计2022-2024年公司收入分公司,存在一定估值优势。首次评级,给予“增持”评级。市值(亿元)收盒价(元)EPS(元)PE(倍)图20:公司已经开展虚拟电厂参与辅助服务市场虚拟电厂智慧运营管理系统虚拟电厂智慧运营管理系统wramT能省题智慧能源服务平白站操受料来源:公母官网,国七证春研完所公司近年营收稳健增长。公司2017年营业收入1.43亿元,于2021年增长到了3.00亿元,年均复合增长近20.34%。2022Q1公司归母净利润增长更为迅速,同比增长199.36%。公司2017年四费总体占总营收的47.70%,2022Q1四费总体占总营收的56.08%,属于业务拓展期,销售费用和研发费用明显上升。图21:2022Q1归母净利润增长迅速,同比199.36%教据来源:问范硼Hind,国元证系研究所数据来源:问花顺Hfnd,国元证奉研定所产品与服务。2017-2020年公司单站功率预测产品业务从0.85亿元增长到了1.60亿元,年均复合增长约23.61%,是业绩收入的主了0.36亿元,年均复合增长约10.24%,2020年和2021H1同比增速明显提高,分别为113.72%和167.27%,新能源并网智能控制从0.16亿元增长到了0.29亿元,毛利率长期保持90%左右,呈图23:单站功率预测产品为主要收入图24:其他产品与服务毛利率长期保持90%左右东方电子集团有限公司(以下简称东方电子集团)为中国能源增长。公司2017年营业收入27.08亿元,于2021年增长到了44.86亿元,年均复合增长近13.44%。2022年起受疫情等因素影响,业绩增速放缓,2022Q1实现营收9.44亿元,同比增长24.95%,归母净利润0.61亿元,同比增长24.17%。公司2017年四费总体占总营收的24.51%,2022Q1四费占总营收的24.01%,息管理系统和其他业务。2017-2021年电网自动化系统业务从12.23亿元增长到了17.88亿元,年均复合增长约20.94%。同期智能用电及电能信息管理系统业务营收从10.37亿元增长到了13.84亿元,年均复合增长约15.48%。同期信息管理系统业务营收从5.00亿元增长到了7.94亿元,年均复合增长约25.98%。其他净利润为4.42亿、5.94亿、7.63亿,对应当前股价的PE为表6:东方电子盈利预测营业收入(百万元)收入同比(%)归母净利润(百万元)归母净利润同比(%)每股收益(元)市盈率(P/E)数据来源:同花顺ifind,国元证券研完所市值(亿元)收盘价(元)EPS(元)PE(借)国电南瑞数据来源:Wind、国元证养研究所(收盘价日期为2022/07/14,除东方电子外,其他公司均使用Wind一致预期预测)台图29:远光软件的智慧能源管理平台站站个田鼓实时信息言时信的网公司近年营收持续增长,增速波动较大。公司2017年营业收入11.79亿元,于2021年增长到了19.15亿元,年均复合增长近总体占总营收的53.97%,2022Q1三费总体占总营收的49.47%,费用比例依然较高,公司2022Q1增加研发投入,达到31.08%,图30:营收持续增长,2017-2021实现CAGR12.89%图31:费用比例依然较高,研发费用达到31.08%数据来源:同花照Mnd,因元证要研究所年从11.05亿元增长到了11.99亿元增速较慢。2022Q1智慧能源产业实现同比增速31.08%,为同期业务中增速最大,有望成为公是人工智能业务,从83.19%下降至64.57%,毛利率的下降主要受到上游元器件价格的上升,下半年价格回落,毛利率有望提升。图32:2022图32:2022Q1智慧能源产业同比增速31.08%,同期最快图33:整体业务毛利率里下降趋势虚拟电厂运营管理平台建设方案虚拟电厂运营管理平台建设方案2020年3月C新能源发展越来越快,规模也越来越大,风能、太阳能等清洁可再生能源,都具有随机性、间歇性、波动性特征。大规模、高比例接入电网,给电力系统平衡调节和电网安全稳定运行带来一系列新的挑战。时速断保护误动并失去选择性;四回导致重合闸不成功。电能质量问题:分布式发电通过电力电子逆变器并网,易产生谐波、三相电压/电流不平衡;输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变;分布式电源直接在用户侧接入电网,电能贡量问题直接影响用户的电器设备安全。其他问题:短路电流问题,通信计量问题,孤岛问题中国目前大多采用微网的概念作为分布式电源的并网形式它能够很好地协调大电网与分布式电源的技术矛盾,并具备一定的能量管理功能,但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标,且受到地理区域的限制,对多区域、益具有一定的局限性。电网峰值负荷不断攀升,电网峰谷差呈现逐步扩大趋势,夏季空调尖峰负荷和冬季热-电调度矛盾等电力供需不平影响电力系统的安全稳定运行.虚拟电厂(virtualpowerplant,VPP)是一DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化,以作为一个特殊电厂参关键点:“聚合”和“通信”“聚合”:DER与控制中心的双向通信“通信”:各种DER聚合起来协调优化虚拟电厂机组城市升压变升压变微网光伏电站储能站配电变压器配电变压器电居民商业建筑商业建筑来分布式电力系统的稳定运虚拟电厂“研创示编”示范应用虚拟电厂“研创示编”示范应用(RIDS)四融合模式推进及>新一代虚拟电2013年至今2011年至今2010年至今2010年至今>1997年,虚拟>2006年至今,澳洲多国建>IEC首批虚拟电厂发展历程2007年至今2005年至今分派发电计划输电系统传统发电厂虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行,为配电网和输电网提供管理和辅助服务。按功能不同,虚拟电厂可划分为商业型虚拟电厂(commercialVPP,CVPP)和技术型虚拟电厂(technicalVPP,TVPP)。功能:从经济角度考虑,基于用户需求、负荷预测和发电潜力预测,制定最优发电计划,参与市场竞标。特点:打包交易,分布式资源的商业模式。并根据电网拓扑结构、潮流约束等条件,建立安全调度模型,对最优经济调度方案进行修正,满足配电网安全特点:考虑接入电源、负荷等物理特性和电网的实际运行情况。市场容量市场容量运营商双双建设虚拟电厂前无市场准入资格管理困难为电网稳定带来挑战能效低多能互补稳定需求响应补贴辅助服务补贴参与市场化交易,提高议价能力提高能效水平2018年3月江苏电网建成当时世界规模最大的“虚拟电厂”——大规模源网荷友好互动系统,江苏全省毫秒级实时响应规模已达200万千瓦。这套系统利用“互联网+智能电网技术”,对分散的海量可中断用电负荷进行精准实时控制,让用电客户化身“虚拟电厂”世界最大规模虚拟电厂再扩容2018年5月,大规模源网荷友好互动系统三期扩建工程投入试运行,目前毫秒级控制总容量达到260万千瓦,控制对象共计2078户。提升特高压直流送电能力154万千瓦,年增利润约8400万元。累计增供电量49.896亿千瓦时,累计新增销售额27.4428亿元,累计新增利润1.2474亿元,经济效益显著。在负荷控制能力方面,相虚拟电厂角色定位虚拟电厂主要业务交易中心&综合能源服务公司2、组织虚拟电厂参与辅助服务、辅助服务资源管理、辅助服务指令分解下发3、组织虚拟电厂参与需求响应,管理需求响应资源、需求响应能力分析、需求响应指虚拟电厂2、代理参与辅助服务、辅助服务申报分布式能源+储能+电动汽车2、发电上网、辅助服务执行,查看辅助服务档案可控负荷+储能+电动汽车2、需求响应执行、查看需求响应档案、查看补贴情况虚拟电厂运营管理平台虚拟电厂运行系统虚拟电厂运行系统虚拟电厂运营管理平台虚拟电厂运行系统虚拟电厂运行系统虚拟电厂1能效对标能效诊断响应资源响应能力调峰响应调频响应虚拟电厂2PC端PC端虚拟电厂3外部系统虚拟电厂运营管理平台省级电力交易平台智慧能源服务平台虚拟电厂运营管理平台省级电力交易平台智慧能源服务平台调度系统能源交易能耗在线监测响应事件启动电量执行跟踪日前响应能源申报能源控制虚拟电厂运行系统安全架构平台防护依据《电力二次系统安全防护规定》(电监会5号令)要求,按照“分区分域、安全接入、动态感知、全面防护”的安全策略防护,从物理、边界、应用、数据、主机、网络、终端等层次进行安全防护设计,最大限度保障虚拟电厂运营管理平台的安全、可靠和稳定运行。统一安全管理统一安全管理录权限管理登证认密钥管理端终安全数据库数据备份与恢复资源访问控制单点登录应用密码服务智能卡密码服务设备隔离网闸准入控制防火墙漏洞扫描入侵检测主机监控与审计病毒防护主机房非法外联服务器安全防护主机入侵检测基础安全技术(密码技术、密钥管理技术)系统安全防护技术技术数据存储区协调控制技术靶向精准决策技术智能计量技术虚拟电厂关键技术虚拟电厂系统指令自动分配技术信息通信技术虚拟电厂系统多元资源组合优化技术3一曾应业务主要分为两个层主站侧完成响应能力下发;0AA00虚拟电厂1虚拟电厂2响应单元1响应单元2响需求侧响应响应资源结算支付需求侧响应在整体设计上,基本面补贴管理7个大模块;(邀约、实时等)的归纳总结,功能范虚拟电厂(交易平台)发布业务注册代理交易结算支付批量市场交易主要是虚拟电厂(单体)通过虚拟业务注册分布式交易结算支付业务注册分布式交易结算支付辅助服务资源管理辅助服务事件执行辅助服务事件执行日日前运行日发电资源客户省综合能源公司频模式限出力指标分解是是否查询查询算略、冷冻水节能策略的维护后,可经过能源SCADA下发到空调系统的冷栋水循环子系统历史数据历史数据实时用能数据用能分析数据环境数据否最优C虚拟电厂业务线0Z虚拟电厂业务线0Z“分布式能源之家”咨询服务商分布式能源行业选取典型“点”●以“业务服务、商业流量”●以“市场红利、代理服务”●以“政策支撑、红利传导”平台主要经营主体:服务、运营、管理平台主要经营主体:服务、运营、管理平台主要参与主体:以“自营”方式参与平台运营商虚拟电厂运营平台市场交易虚拟电厂聚合商分布式资源辅助服务电网平台主要参与主体:业务开展的主要围绕对象平台最小参与单元:广泛接入的对象价比方法衡纳需求相互交织。2022年我国风光发电新增装机达到1.25亿千瓦,连续三年突破1亿千瓦,再创历史新高;风光发电量达到1.19万亿千瓦时,较2021年增加2073亿千瓦时,同比增长21%,占全社会国家能源局数据,1至5月全国全社会用电量35325亿千瓦时,同比高,5月广东、广西、云南、贵州、海南等南方五省区用电负荷分别厄尔尼诺现象下大气海洋环流为更大规模新能源发展创造条件。1)电源侧:主要包括灵活调节煤调节能力优异,发展前景广阔。3)电网侧:作为资源优化配置的支系统的削峰填谷,满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元,而通过虚拟电厂实现这一目标仅需投资500亿到600亿元,即火电厂成本的1/8到1/7,其性价比优势远超传统的冗余系统建设方转型1)对电网:双碳背景下,风光装机与发电量逐年攀升,出力曲线进包括电力需求响应(营销牵头)、电力辅助服务市场(调度、交易牵头)、电能/辅助服务现货市场(调度牵头),三条路径市场化价格《调度、变易)现黄市场(也能/储助服务)(调度)国内8个试点省市求方组成。1)上游能源资产:可调负荷、分布式电源和储能设备。源聚合商提供技术服务。3)下游电力需求方:公共事业企业(电网区域自主调度型:1)邀约型阶段:主要由政府部门或调度部门牵头需求响应资金池推动,我国主要仍处于此阶段。2)市场型阶段:在似于实体电厂的模式,分别可以参与这些市场获得受益。3)跨空间2.3国内相关政策从2021年后密集出台,虚拟电厂发展得到有力保障布《电力需求侧管理办法(征求意见稿)》求意见稿)》,提出“建立和完善需求侧资源与电力运行调节的衔接负荷的3%—5%,其中年度最大用电负荷峰谷差率超过40%的省份达到5%或以上。到2030年,形成规模化的实时需求响应能力,结通过110kV及以下电压等级接入电网的虚拟电厂。事一牵属画事式44酒4文吏容见事黑翻电设学星第十一色言电厂煤划的基事摩酬置电r规制的重事过红言电F埋时方雀神体传言电厂建设计年电r北主走世事线建设量星色相电厂测试认证植处管置*言电厂测试认证工作范国和内害色言电尸测试认证种米意事南言电厂通行基事摩剩出言电厂调度情行基本摩用三电r手年古应基事摩利过电厂技本文科4统法行管星的言电厂植表复排重使格体骨尾言电r准事壹性传基电厂往事过程言言电厂壹更管理虚言电厂事H运样章屋的一粗妻事色相电厂并用准人的一粮要事重言电厂事网通柱棋表卷事修三电厂#气材其官变重要事色言电厂并日通者事礼安全要事言电厂并无道行州络案全费重言言电厂年工话行事其演练要事虚言电厂传每模人言电厂变易量理色过电厂精耳量理言电厂辅助服务释偿重言电厂通出左或壹言电厂通出机制我国电力市场改革持续深入开展,顶层设计逐渐完善。从2015年国务院印发9号文标志着本轮电力体制改革正式执行,到201改委印发《电力中长期交易基本规则》,再到2021年《关于加快建市场的意见》,电力市场改革持续快速、深入开展。盖省间(跨越省级电网的交易)、省内(电力用户、售电公司与发电企业通过交易平台开展的交易);在时间周期上覆盖多年、年度、月盖电能量、辅助服务、合同电能(包括转让、回购、置换交易),可一批8个现货试点省正式启动试运行,第二批6家试点已开展现货模双碳目标下电力市场未来发展趋势:1)目标多维化:由以往提高电标转变;2)价值多元化:由电能量价值为主,逐步向电能量价值、源发电波动性、随机性特点;4)现货电力市场全面覆盖:完善现货交易限价、报价机制,形成更加合理的现货价格;5)新能源高比例投资、保障系统发电能力充裕;7)持续推动需求侧参与电力市场,东送2回直流(兴安、新东)800万千瓦落点深圳,减排CO₂5000荷密度为1.07万千瓦/平方公里,全国第一,是全国负荷密度最已达76万辆,预计2025年将突破130万辆,动力电池储能潜力将达5000万千瓦时,充电桩保有量达57万支。充电站、地铁等类型负荷聚合商14家,接入容量达87万千瓦,预计到2025年,将建成具备100万千瓦级可调节能力的虚拟电厂,逐步形成年度最大负荷5%左右的稳定调节能力。冀北电厂构建了“1(虚拟电厂智能管控平台)+n(运营商/聚合商)厂突破了依赖补贴的传统需求响应,确立了新型调节主体在服务市场中的可持续、商业化运营模式;突破了传统电力系统中,由消纳。目前平台上有3家运营商(冀北综合能源、恒实科技、国电投中央研究院),聚合了35家用户、接入蓄热式电锅炉、智慧楼宇、万千瓦,最大调节电力调节能力20.4万千瓦。新奖一等奖等省部级及以上奖励9项。海外虚拟电厂起步早于国内月10年,机制较成熟,商业模式相对清种。1)用户侧模式:在电力市场发展早期,虚拟电厂以可自主响应潜力,参与响应系统调度指令。2)发电侧模式:在分布式能源资源3)混合模式:在分布式能源资源聚合应用发展成熟阶段,通聚合发2010年2010年2012年2013年2006年2009年2010年2000年2005年2009年2017年2016年2021年2005年欧洲方亚虚拟电厂发展较成熟的原因:1)地广人稀,能源结构高度分散,分布式电源资源、储能资源丰富;2)人口密度较低,因此电网建设以技术类型区分:以储能为主体的项目占比最高(39个),且每个项目中均使同一储能品牌,其次是需求侧响应类型的项目(12个);2)以运营方身份区分:售电公司为主要参与方(33家)(售电公司手里有客户资源、并且非常贴近市场),其次是电网公司主导(15家)。61个项目中:参与批发市场的有41个(根据价格信号去调节自己的生产和消费行为),给电网提供服务的有32个(提供容量、提供需求侧响应等),参与辅助服务市场的有17个(有功和无功平衡功率等)。特斯拉在澳大利亚的虚拟电厂项目于2017年启动,并在南澳大利亚州进行了试点。该试点项目取得了成功,随后特斯拉将VPP扩建至特斯拉启动了其在南澳大利亚州虚拟电厂项目的第4阶段。第1阶段(100套系统):包括100套太阳能和特斯拉Pow第2阶段(1000套系统):扩建至1000个系统,由澳大利亚可再生能控制辅助服务(FCAS)。第3阶段(3000套系统+1000套系统):在之前安装的1100套系统的基础上,再为南澳家庭安装3000套,在南澳私人住宅中安

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