IEC TS 635292026 高压直流输电系统直流侧谐波及其滤波标准立项发展报告

高压直流输电系统直流侧谐波及其滤波标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DCSideHarmonics&FilteringinHVDCTransmissionSystems摘要关键词高压直流输电；直流侧谐波；谐波滤波；电能质量；IEC标准；标准化；滤波器设计；新型电力系统Keywords:HVDCTransmission;DCSideHarmonics;HarmonicFiltering;PowerQuality;IECStandard;Standardization;FilterDesign;NewPowerSystem一、引言1.1背景与意义在全球能源转型和"双碳"战略目标驱动下，高压直流输电技术已成为实现大规模可再生能源远距离输送、跨区域电网互联以及异步电网背靠背互联的重要工程手段。中国已建成世界上规模最大、电压等级最高、输电能力最强的HVDC电网，±800kV特高压直流输电工程投运多年，±1100kV昌吉—古泉特高压直流输电工程更代表了当前世界最高技术水平。截至2025年底，国家电网和南方电网累计投运直流输电工程超过40回，直流输电总容量超过2亿千瓦。然而，HVDC系统在运行过程中，换流器作为核心换流设备，其非线性开关特性会在交直流两侧产生大量特征次和非特征次谐波。直流侧谐波不仅会干扰邻近的电力线路和通信系统，还会引起直流滤波电容器过热、换流变压器直流偏磁加剧、直流保护误动或拒动、PLC（电力线载波）通信中断等一系列问题，直接影响直流输电系统的安全运行和供电可靠性。随着柔性直流输电（VSC-HVDC）、混合直流输电等新技术的快速发展，直流侧谐波的频谱特征更加复杂，幅值水平更高，对滤波装置的设计与运行提出了更为严苛的要求。在此背景下，制定统一的直流侧谐波分析与滤波技术标准，对于规范滤波装置设计方法、统一谐波性能评估准则、促进国际技术交流与合作具有重要的现实意义。1.2标准的定位与性质IECTS63529:2026是国际电工委员会（IEC）发布的技术规范（TechnicalSpecification,TS）。技术规范是IEC标准体系中一种介于正式国际标准（IS）与公开可用规范（PAS）之间的规范性文件，通常在技术尚处于快速发展阶段、共识尚未完全形成时发布，以快速响应产业需求并为后续正式标准制定奠定基础。本规范由IEC第115技术委员会（IEC/TC115，负责高压直流输电系统标准化）归口管理。TC115的成立可追溯至2009年，其工作范围涵盖高压直流输电系统的设计、工程应用、设备技术要求和系统试验等全产业链环节。目前TC115已发布多项关键标准，涵盖HVDC系统术语、控制与保护、换流变压器、晶闸管换流阀、交直流滤波器等多个专业领域。本规范作为TC115在直流侧谐波治理领域的重要成果，填补了该方向标准的空白，为行业提供了首个面向直流侧谐波与滤波的系统性技术规范。二、直流侧谐波问题与技术挑战2.1直流侧谐波的产生机理与分类高压直流输电系统中，直流侧谐波主要来源于以下三类机理：（1）换流器特征谐波电网换相换流器（LCC）在正常工作状态下，基于晶闸管的自然换相过程在直流侧产生阶次为n=kp（k=1,2,3,…）的特征谐波。对于12脉动换流器（p=12），直流侧特征谐波阶次为12、24、36……其幅值理论上次序递减，但12次谐波含量最为显著，是直流滤波器的首要设计目标。特征谐波的幅值取决于触发延迟角、换相重叠角、直流电流等运行参数，因此在不同运行工况下具有较大变化范围。（2）非特征谐波由于交流系统电压不对称、换流变压器阻抗不平衡、触发脉冲不对称等因素，换流器会产生非特征谐波。其阶次通常较低（如2、4、6次等），虽然幅值相对较小，但频率接近换流器控制系统的主要频段，更容易引发谐波不稳定（harmonicinstability）现象。在某些极端工况下，非特征谐波会与控制系统的负阻尼特性耦合，产生谐波放大效应，严重威胁系统安全。（3）直流线路耦合谐波直流架空线路沿线存在大量非线性电磁环境因素，如电晕放电、绝缘子表面放电等，这些非线性源会产生宽频带的背景噪声和谐波分量。同时，换流站直流侧与交流侧通过换流变压器间的杂散电容和电磁耦合，也会引入额外的谐波分量。此外，光伏、风电等新能源经直流送出时，新能源场站的电力电子设备会产生宽频谐波分量并经直流系统传播。2.2直流侧谐波的危害直流侧谐波若不加有效抑制，将产生多方面的危害：-设备过热与寿命缩短：直流滤波电容器和电抗器中流经谐波电流会引起附加损耗和温升，加速绝缘老化，缩短设备寿命；-通信干扰：直流线路谐波电流在空间中产生电磁场，对邻近的明线通信线路和PLC系统造成严重干扰，在架空线路与通信线平行走线时尤为突出；-保护装置误动作：谐波分量可能引起直流保护测量误差，造成保护装置误动或拒动，引发不必要的直流闭锁事故；-系统不稳定：非特征谐波与控制系统的负阻尼交互，可能引发电气量振荡，严重时导致直流系统停运；-电能质量恶化：直流侧谐波经逆变站传递至受端交流系统，增加交流侧谐波水平，影响受端电网电能质量。2.3技术挑战与发展趋势随着新型电力系统建设的推进，直流侧谐波治理面临以下新的技术挑战：（1）宽频谐波问题凸显：基于MMC（模块化多电平换流器）的柔性直流输电技术中，换流器开关频率较低且谐波频谱分布在较宽的频率范围，传统的单调谐滤波器难以有效覆盖。高频谐波分量（kHz至MHz级别）对滤波器的寄生参数和安装方式提出了更严苛的要求。（2）谐波源多样化：新能源直流送出系统中，送端新能源场站的电力电子设备（逆变器、SVG等）产生宽频谐波，经直流系统传播形成复合谐波源，其频谱特征与传统LCC换流器差异显著。（3）滤波与无功补偿协同优化：直流滤波器的设计需兼顾无功补偿需求，滤波电容器组同时承担无功补偿功能，其配置需在满足滤波性能和系统电压调节要求之间取得最优折中。（4）数字化与在线监测：基于高精度同步测量和数字孪生技术的谐波在线监测与自适应滤波控制成为发展趋势，对标准中的数据接口和性能验证方法提出了新要求。三、IECTS63529:2026主要内容解析3.1标准的适用范围与总体架构本规范适用于采用电网换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）的各类高压直流输电系统，覆盖从换流站直流侧母排至直流线路末端（含直流滤波器、直流PLC滤波器等）的全部直流侧相关设备。规范系统性地规定了以下核心内容：-直流侧谐波的术语定义与符号体系-换流器直流侧谐波电流的计算方法-直流滤波器类型选择与参数设计导则-谐波性能评估指标与限值要求-滤波器性能验证试验方法-直流侧谐波测量与在线监测技术要求3.2核心条款解析（1）谐波模型与计算方法规范明确采用时域仿真（如EMT类程序）与频域分析相结合的方法进行直流侧谐波计算。针对LCC换流器，推荐采用开关函数法进行特征谐波解析计算，并规定了12脉动换流器直流侧谐波电压和电流的解析表达式。针对VSC换流器，规范推荐基于详细开关模型的电磁暂态仿真方法，并给出了MMC换流器子模块电容电压波动引起的谐波频段估算方法。该计算方法框架为滤波器设计提供了统一的谐波源模型基础。（2）滤波器的分类与配置原则规范将直流侧滤波器分为无源滤波器（被动型）和有源滤波器（主动型）两大类。无源滤波器中，规范详细规定了直流单调谐滤波器、双调谐滤波器、三调谐滤波器、阻尼滤波器四种类型的技术要求与适用场景。其中：-单调谐滤波器：结构简单、损耗小，适用于滤除单一特征谐波（如12次），应用最为广泛；-双调谐/三调谐滤波器：兼顾多个谐波频段，占地小、经济性优，在特高压直流工程中应用成熟；-阻尼滤波器：在较宽频带内提供阻尼效果，适用于抑制非特征谐波和宽频谐振。规范对各类型滤波器的拓扑结构、元件参数计算、绝缘配合、过载能力、噪声水平等提出了明确要求。有源滤波器方面，规范给出了混合有源滤波器的基本原理、与无源滤波器的容量配合原则及控制策略要求，为新型滤波技术应用提供了技术框架。（3）谐波性能指标为保证直流系统在各种运行工况下的谐波水平处于可接受范围，规范定义了以下核心性能指标：-等效干扰电流（EquivalentDisturbingCurrent,Ieq）：综合考虑谐波电流幅值、频率和音频加权系数的等效值，是评估直流线路对通信系统干扰程度的基本指标；-直流侧谐波电压畸变率：直流母线电压中的谐波分量有效值与基波分量有效值之比，反映直流电压质量；-谐波电流总畸变率（THD）：用于评估直流线路谐波电流的整体水平；-电话谐波波形因数（THFF）：表征谐波对音频通信线路干扰潜力的关键指标。规范针对不同电压等级和输电容量等级的直流系统给出了上述指标的推荐限值，为工程设计和运行维护提供了量化依据。3.3标准的技术特点与创新本规范在技术内容上具有以下显著特点：第一，覆盖技术体制完整。同时涵盖LCC和VSC两类主流换流技术，兼顾传统直流和柔性直流的谐波特性差异，具有广泛适用性；第二，设计方法体系化。首次在IEC标准体系中系统性地建立了"谐波源建模—滤波器参数设计—性能验证—运行监测"的全链条技术规范框架，形成闭环管理；第三，性能评估指标综合化。不仅覆盖了传统的等效干扰电流指标，还引入了宽频谐波评估指标和电压畸变率等多维度评价体系，更全面地反映系统谐波水平；第四，兼顾先进技术发展。规范对有源滤波、宽频滤波等新型滤波技术预留了技术接口，避免标准过早固化技术路线，为技术创新留有空间。四、主要参与编制单位——国家电网有限公司4.1单位概况国家电网有限公司（StateGridCorporationofChina,SGCC）是全球最大的公用事业企业之一，以投资建设运营电网为核心业务，经营区域覆盖中国26个省（自治区、直辖市），供电人口超过11亿人。截至2025年底，国家电网110千伏及以上输电线路长度超过130万公里，变电容量超过70亿千伏安，年售电量超过6万亿千瓦时。国家电网已建成投运"二十交十六直"特高压交直流混合电网格局，其中特高压直流输电工程电压等级涵盖±500kV至±1100kV，累计直流输电能力超过1.6亿千瓦。国家电网高度重视标准化工作，将标准化战略作为企业国际化发展的重要支撑。公司主导或深度参与了IEC、IEEE等国际标准组织中大量特高压交直流、智能电网、可再生能源并网等领域标准的制定。截至2025年底，国家电网累计主导编制国际标准超过100项，在国际电工委员会中担任多个技术委员会主席或秘书处职务。其直属科研机构——中国电力科学研究院有限公司（CEPRI）作为公司科技创新的核心力量，承担了大量标准编制的具体技术工作。4.2核心贡献在本规范的制定过程中，中国电力科学研究院有限公司（以下简称"中国电科院"）作为国家电网的核心技术支撑单位，发挥了不可替代的作用。中国电科院成立于1958年，是中国电力行业多学科、综合性的权威科研机构，在高压直流输电技术领域拥有六十余年的深厚技术积淀。具体贡献包括：（1）技术方案提供。中国电科院依托在±800kV、±1100kV特高压直流输电工程以及张北柔性直流电网试验示范工程等重大项目中积累的丰富设计、试验和运行数据，为规范中谐波计算模型、滤波器配置原则、性能指标限值等核心条款提供了大量一手技术素材和工程验证案例。特别是在直流滤波器过载能力设计、等效干扰电流计算等关键技术环节，中国电科院的研究成果直接转化为规范中的推荐方法和指导性条款。（2）标准文本起草。中国电科院派出多名具有IEC标准编制经验的资深专家担任规范的项目负责人（ProjectLeader）和起草组成员，全程主导了标准草案（WorkingDraft）和委员会草案（CommitteeDraft）的编制工作，完成了术语定义、通用技术要求的起草和修订。（3）试验验证与数据支撑。中国电科院依托国家能源大型直流输电技术与装备研发（实验）中心，开展了大量直流滤波器谐波特性试验和仿真验证研究，为标准中试验方法条款的确定提供了可靠的试验数据和验证基础。研究团队针对滤波器在多种故障工况和极端运行方式下的谐波特性进行了系统性试验分析，为限值制定提供了数据支撑。（4）国际协调与意见处理。中国电科院专家团队负责收集、整理和回复各国家委员会对标准草案的数百条反馈意见，通过多轮技术论证和协商，最终促成了各方共识的形成。特别是在LCC与VSC谐波特性的技术分歧、滤波器设计冗余度的取值等争议性议题上，中国电科院牵头提出了兼顾各方关切的折中方案，为标准顺利发布发挥了关键协调作用。五、结论与展望5.1结论IECTS63529:2026《高压直流输电系统直流侧谐波及其滤波》的发布填补了国际范围内直流侧谐波治理领域系统性和规范化标准的空白。该规范全面覆盖了LCC和VSC两类主流换流器技术的直流侧谐波特性，建立了从谐波源建模、滤波器设计到性能验证、运行监测的系统性技术规范框架，为直流输电工程的设计、建设和运行提供了统一的技术依据。本规范的成功发布不仅反映了全球直流输电技术的成熟度提升和产业共识的凝聚，也展示了中国在高压直流输电领域的技术引领能力和标准化影响力。5.2展望随着"双碳"战略的深入推进和新型电力系统建设的加速，直流输电技术将呈现更高电压等级、更大输送容量、更多拓扑形态的发展态势，直流侧谐波治理技术也面临新的发展机遇和挑战。未来，本技术规范预计将从以下几方面持续演进：-从技术规范走向正式国际标准：随着技术成熟度的进一步提高和产业共识的不断凝聚，IECTS63529预计将在合理周期内转化为正式的IEC国际标准，进一步提升标准的权威性和约束力；-拓展覆盖新技术形态：随着混合直流输电、多端直流电网等新技术的工程应用推广，标准内容需要同步拓展，以覆盖更多样的谐波源和更复杂的谐波传播场景；-融合数字化智能化技术：基于人工智能和数字孪生的谐波在线评估与自适应滤波控制技术将逐步成熟，未来的标准修订中预计将纳入相关技术框架和数据接口要求；-深化与相关标准的协同：直流侧谐波标准与交流侧谐波标准（IEC61000系列）、直流系统控制保护标准（IEC61975等）之间需要进一步加强技术协调，形成更加完整统一的HVDC标准体系。可以预见，随着本标准的深入应用和持续完善，直流侧谐波治理技术将朝着更加规范化、精益化和智能化的方向发展，为全球直流输电工程的安全高效运行和能源绿色低碳转型提供坚实的技术支撑。参考文献[1]IECTS63529:2026,DCsideharmonics&filteringinHVDCtransmissionsystems[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommissio