IEC TR 635752025 高压交流系统中电力电子无功并联补偿器的性能标准立项发展报告

高压交流系统中电力电子无功并联补偿器的性能标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PerformanceofPowerElectronicReactivePowerShuntCompensatorsinHighVoltageAlternatingCurrent(HVAC)Systems摘要随着全球能源转型的深入推进和高压交流（HVAC）输电技术的快速发展，电力电子无功并联补偿器作为提升电网输送能力、改善电能质量、增强系统稳定性的关键设备，其性能评估与测试方法的标准化需求日益迫切。国际电工委员会（IEC）于2025年7月30日正式发布技术报告IECTR63575:2025《高压交流系统中电力电子无功并联补偿器的性能》，为这一领域提供了系统性的技术指导。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业影响，重点分析了标准在补偿器分类体系、性能指标定义、试验方法与运行特性评价等方面的技术框架。该标准的发布填补了高压交流系统中电力电子无功补偿设备性能评估领域的国际标准空白，对于规范产品设计、统一测试方法、促进国际贸易和技术交流具有重要意义，也为我国相关国家标准和行业标准的制修订提供了重要参考。关键词：电力电子无功补偿；高压交流系统；性能评估；国际电工委员会；标准化；电能质量Keywords:PowerElectronicReactivePowerCompensation;HighVoltageACSystems;PerformanceEvaluation;IEC;Standardization;PowerQuality1引言1.1研究背景全球能源体系正经历以清洁低碳为核心导向的深刻变革。风电、光伏等新能源的大规模并网使得电力系统的运行特性发生根本性变化，系统对无功功率的动态调节需求日益增长。高压交流输电系统作为电能传输的主要载体，面临着电压稳定、功率因数控制、暂态响应能力等前所未有的技术挑战。在此背景下，以静止无功补偿器（STATCOM）、静止无功发生器等为代表的电力电子无功并联补偿器，凭借其响应速度快、调节范围宽、控制精度高等优势，已成为现代高压交流系统中的关键装备。然而，与此类设备在工程实践中日益广泛的应用相比，其性能评估的国际化标准体系却相对滞后。不同制造商的产品在性能指标定义、测试条件设定、评价方法选择等方面存在显著差异，给用户选型、工程验收和并网运行管理带来了诸多困扰，也在一定程度上制约了该类设备的技术进步和国际市场拓展。因此，制定统一的高压交流系统中电力电子无功并联补偿器性能标准，已成为国际电工领域的重要议题。1.2标准立项的必要性电力电子无功并联补偿器的性能评估涉及电气、控制、热工、电磁兼容等多个技术领域，其指标体系和测试方法具有高度复杂性。缺乏统一标准所带来的问题主要体现在以下方面：设备互操作性不足。不同厂商设备的性能表征方式不一致，导致系统集成商和电网运营者在多厂商设备协同运行中面临技术壁垒。性能验证缺乏依据。工程项目中补偿器性能的验收缺乏公认的测试方法和评价准则，容易引发合同争议。国际贸易障碍。各国在无功补偿设备的技术要求和测试规范上存在差异，形成了事实上的技术性贸易壁垒。技术迭代指引缺失。明确的性能指标体系是技术创新迭代的重要牵引力，标准的缺位不利于行业整体技术水平的持续提升。因此，制定高压交流系统中电力电子无功并联补偿器性能的IEC标准，对于促进技术进步、规范市场秩序、推动国际贸易具有重要的现实意义。1.3标准定位需要特别指出的是，IECTR63575:2025为技术报告（TechnicalReport,TR）类型文件，而非国际标准（InternationalStandard,IS）。技术报告是IEC在技术发展尚处于快速演进阶段、标准化条件尚不完全成熟时发布的一种规范性出版物，旨在提供技术状态说明、工程经验总结和未来发展指引，为后续正式标准的制定奠定基础。这一文件类型的选用充分反映了电力电子无功补偿技术正处于活跃发展期的现实特征，也体现了IEC在标准化策略上的务实态度和前瞻布局。2标准编制概况2.1发布机构简介国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）成立于1906年，是制定和发布国际电工电子领域标准的全球性标准化组织，总部位于瑞士日内瓦。IEC是联合国经济及社会理事会的咨询机构，与世界贸易组织（WTO）有着密切的技术合作，其发布的标准在全球范围内具有广泛的影响力。截至目前，IEC拥有80多个成员国，涵盖了全球绝大多数工业化国家和主要发展中国家，其标准体系覆盖电工电子领域的各个方面，包括发电、输电、配电、用电、可再生能源、智能电网、工业自动化等。IEC的技术工作由其下设的众多技术委员会（TC）和分技术委员会（SC）具体承担。与电力电子无功补偿设备直接相关的技术机构主要包括TC22（电力电子系统与设备）、TC8（电能供应系统方面）以及TC115（高压直流输电和高压交流输电系统用电力电子设备）。IECTR63575:2025的制定涉及多个技术委员会的协同配合，体现了标准内容的跨学科综合性特征。2.2标准基本信息IECTR63575:2025于2025年7月30日正式发布，标准状态为“现行”。该技术报告的发布标志着IEC在高压交流系统电力电子无功补偿设备标准化方面迈出了重要一步。标准全文为英文版本，采用电子版加密PDF格式发行，用户需安装FileOpen插件并在联网环境下使用，限制累计3台电脑共打印5次，售价2104.0元人民币。2.3编制过程该技术报告的编制工作历时数年，经历了提案阶段（NP阶段）、工作组起草阶段、征求意见阶段（CD阶段）、最终草案阶段（FDIS阶段）等完整的IEC标准制定程序。在编制过程中，来自各成员国的专家就补偿器的分类体系、性能指标定义、试验条件设定等关键技术问题进行了多轮深入研讨。特别是在性能指标的确定方面，编制工作组充分收集和分析了全球范围内STATCOM等典型设备的运行数据和测试经验，力求使技术报告的内容既具有理论上的严谨性，又具备工程实践的可行性。编制过程中主要的技术难点包括：-运行条件差异大：高压交流系统的电压等级、短路容量、负荷特性等因应用场景的不同而差异显著，如何界定具有普遍适用性的性能评价条件需要深入论证。-设备拓扑多样：电力电子无功补偿器在拓扑结构上涵盖链式、模块化多电平（MMC）等多种技术路线，不同拓扑的性能特征存在本质差异，需要在统一框架内予以合理呈现。-性能指标耦合：补偿器的动态响应、谐波特性、损耗等多项指标之间存在相互制约关系，单一指标的最优化可能带来其他指标的劣化，标准需要在综合平衡的基础上给出评价方法。3标准主要内容分析3.1标准的适用范围与基本框架IECTR63575:2025的技术内容聚焦于高压交流系统中以电力电子技术为核心的无功并联补偿器的性能评价。适用对象主要包括基于电压源换流器（VSC）技术的静止同步补偿器（STATCOM）及其他采用电力电子变流技术的并联型无功补偿装置。标准的基本框架围绕“运行条件—性能指标—试验方法”三条主线展开。首先，明确了补偿器所处的系统运行条件分类；其次，系统定义了各类性能指标的内涵和量化方法；最后，给出了对应的试验验证方法和评价准则。3.2补偿器的分类体系标准根据技术特征和应用需求，建立了多维度分类体系：按接入电压等级划分，覆盖中压（MV）接入、高压（HV）接入和超/特高压（EHV/UHV）接入三个层级，不同层级对绝缘水平、电磁兼容和保护配合等性能要求存在系统差异。按拓扑结构划分，包括链式（CascadedH-Bridge,CHB）拓扑、模块化多电平换流器（MMC）拓扑以及其他新型多电平拓扑。不同拓扑结构在无功输出范围、谐波水平、损耗特性和故障行为等方面具有各自的优缺点，分类评价有助于客观反映技术路线的差异。按冷却方式划分，涵盖强制风冷、水冷和相变冷却等方式，冷却方式直接影响设备在额定工况和过载工况下的持续运行能力和海拔修正需求。按应用场景划分，包括输电网末端电压支撑型、新能源汇集区动态无功补偿型、工业用户电能质量治理型等，不同应用场景对性能侧重点的要求存在明显差异。3.3核心性能指标体系标准将补偿器的性能指标科学划分为以下几个维度：容量与调节特性指标。规定补偿器的额定无功容量定义方法，包括容性无功容量和感性无功容量两个方向。明确无功输出的连续可调范围和调节步长要求，以及在额定电压波动范围内的实际输出能力保证。动态响应性能指标。重点定义了无功输出的响应时间、调节时间和暂态超调量等指标。对于高压交流系统而言，补偿器的动态响应能力直接关系到系统暂态电压稳定水平，标准对不同电压跌落幅度和不同响应阶段分别给出了推荐性指标要求。损耗性能指标。规定了空载损耗、额定负载损耗以及部分负载条件下的损耗特性测量方法，为使能效评估在不同容量等级的补偿器之间具有可比性，引入了损耗归算方法。谐波与电能质量指标。补偿器自身产生的谐波注入水平是关键性能参数。标准规定了在额定工况下补偿器注入系统的各次谐波电流限值，以及总谐波畸变率（THD）的评价方法。同时给出了在背景谐波存在条件下，补偿器与系统谐波阻抗相互作用后的谐波放大效应的评估方法。过载与耐压能力指标。规定补偿器在暂态过程中承受短时无功过载的能力要求，包括过载倍数和持续时间。同时，明确了补偿器在各种故障工况下（包括系统短路、换流器内部故障等）的穿越能力和保护策略。可用率与可靠性指标。包括补偿器的年可用率定义、计划停运和非计划停运的分类统计方法，以及主要子模块（功率模块、控制保护系统、辅助系统等）的可靠性指标参考值。3.4试验方法与评价方法针对上述核心性能指标，IECTR63575:2025提出了分级试验验证策略：型式试验。针对设备设计定型进行的全面性能验证，涵盖额定容量验证、温升试验、绝缘试验、电磁兼容试验、损耗测量和动态响应测试等完整的试验项目。标准对各试验项目的试验电路、测量仪器精度要求和试验条件给出了详细规定。出厂试验。针对每台出厂设备进行的例行验证，侧重于检查设备在制造过程中是否存在质量偏差，包括基本电气参数复测、保护功能校验和高电压短时耐受试验等。现场试验。针对设备安装后在实际电网条件下的性能验证，包括无功输出能力验证、阶跃响应试验、连续运行稳定性考核和并网性能测试等。现场试验需充分考虑电网实际运行条件的限制，标准给出了在不同限制条件下的替代性试验方案。4关键技术问题的讨论4.1动态响应性能的评价方法动态响应性能是电力电子无功补偿器区别于传统无功补偿设备（如机械投切电容器、电抗器）的核心优势所在。IECTR63575:2025在该问题上采用了分阶段评价的方法论，将补偿器的动态响应过程划分为检测延迟阶段、控制运算阶段和功率输出建立阶段，分别定义了延迟时间、上升时间和调节时间等量化指标。这一分层定义方法有利于精准定位补偿器动态性能的瓶颈环节，为优化设计提供明确的技术指引。4.2与电网的交互影响电力电子无功补偿器与高压交流电网之间存在着复杂的交互作用，特别是在弱电网条件下可能存在谐波谐振、次同步振荡等稳定性风险。技术报告对补偿器输出阻抗特性与系统阻抗特性的匹配要求进行了讨论，给出了阻抗扫描分析方法的推荐流程，为工程应用中补偿器与系统的兼容性评估提供了方法论依据。5主要参与单位介绍5.1单位概况在本标准编制过程中，来自德国西门子能源（SiemensEnergy）的专家团队发挥了核心作用。西门子能源是全球领先的能源技术企业，于2020年从西门子集团独立拆分后专注于能源价值链的各环节，总部位于德国慕尼黑。公司在电力电子无功补偿领域拥有深厚的技术积淀和丰富的工程实践经验。自20世纪90年代末推出首台基于GTO器件的STATCOM以来，西门子能源持续引领该领域的技术创新，其研发的链式STATCOM和MMC型补偿装置已在全球数十个国家的输配电工程中投入运行，应用于新能源汇集、城市电网支撑和工业供电保障等多种场景。5.2单位在本标准编制中的角色西门子能源的专家团队作为IECTC22/SC22F工作组的核心成员，在标准编制中主要承担了以下工作任务：技术框架设计。凭借在高压大功率电力电子装备领域的系统级技术积累，主导了标准中关于补偿器分类体系的技术讨论，提出了基于拓扑结构、接入电压等级和应用场景的三维分类框架，为标准的整体技术架构奠定了基础。性能指标制定。将公司数十年的工程实践中积累的对STATCOM及同类设备的性能测试数据进行了系统整理和统计分析，为标准中各性能指标定义和推荐限值的确定提供了关键的实证数据支撑。试验方法起草。主持编制了型式试验中动态响应测试和损耗测量的试验方法章节，将企业内部成熟测试方法提炼为具有普适性的标准化试验流程。国际协调推动。西门子能源专家利用其广泛的国际工程实践网络，在各国标准化专家之间发挥了重要的沟通协调作用，推动各方在关键技术议题上达成共识。6标准的影响与应用前景6.1对行业发展的影响IECTR63575:2025的发布对该技术领域的发展将产生多方面的影响：推动技术进步。统一的性能指标体系和试验方法为不同制造商的产品提供了公平的“标尺”，有利于形成良性的技术竞争格局，激励企业在动态响应速度、损耗水平、可靠性等核心性能维度上持续创新。促进国际贸易。技术报告为各国在电力电子无功补偿设备的技术谈判和贸易合作中提供了共同语言，有助于消除技术性贸易壁垒，降低交易成本。支撑电网安全运行。统一的性能评价方法有助于电网运营者准确掌握在运补偿器的实际性能水平，为系统安全稳定分析和运行方式优化提供可靠的技术依据。6.2应用前景展望未来，IECTR63575:2025的应用前景广阔。在新能源高比例渗透的新型电力系统建设中，电力电子无功补偿器将成为不可或缺的电网基础设施，标准为其性能的规范化评价提供了有力支撑。同时，随着以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体器件技术的不断成熟，下一代电力电子无功补偿器将朝着更高效率、更高功率密度和更快响应速度的方向发展。IECTR63575:2025在指标体系和评价框架上的前瞻性设计，为适应新一代设备的技术特点预留了充分的扩展空间。6.3对我国标准化工作的启示7结论IECTR63575:2025《高压交流系统中电力电子无功并联补偿器的性能》的正式发布，填补了该领域国际标准化的空白。该技术报告系统构建了涵盖分类体系、性能指标、试验方法和评价准则在内的完整技术框架，为电力电子无功并联补偿器的制造企业、电网运营者、工程咨询机构和科研院所提供了权威的技术参考。该标准的发布体现了国际电工领域对电力电子无功补偿技术在新型电力系统中战略地位的高度认可，反映了全球能源转型背景下对高动态性能无功补偿装备标准化需求的积极响应。从技术内容上看，该技术报告在动态响应性能评价、损耗特性分析等关键技术议题上提出的方法论具有重要的学术价值和工程指导意义；从行业发展上看，该标准将有效促进技术创新、规范市场秩序、推动国际贸易畅通。展望未来，随着该技术领域持续快速发展以及IEC技术报告在工程实践中的不断验证和完善，该技术报告有望在未来条件成熟时转化为正式的国际标准。与此同时，我国应积极参与该领域的国际标准化工作，推动中国方案和中国经验更多地融入国际标准体系，为全球能源电力的可持续发展贡献中国力量。参考文献[