IEC 618032026 CMV 高压直流（HVDC）换流站功率损耗的确定标准立项发展报告

高压直流（HVDC）换流站功率损耗的确定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DeterminationofPowerLossesinHigh-VoltageDirectCurrent(HVDC)ConverterStations摘要关键词：高压直流输电；换流站；功率损耗；IEC61803；国际标准；电力系统AbstractWiththeaccelerationoftheglobalenergytransitionandthein-depthadvancementofthenew-typepowersystemcenteredonrenewableenergy,high-voltagedirectcurrent(HVDC)transmissiontechnologyhasbecomeakeytechnicalpathwayforsupportinglarge-capacity,long-distancepowertransmissionandgridinterconnectionduetoitssignificantadvantages.AsthecorehuboftheHVDCtransmissionsystem,theaccuratedeterminationofpowerlossesinconverterstationsdirectlyaffectstransmissionefficiencyassessment,electricitypricing,equipmentselection,andsystemoptimizationdesign,exertingasubstantialimpactonenergyconservationandeconomicbenefitsofprojects.TheIEC61803:2026CMVstandardpublishedbytheInternationalElectrotechnicalCommissionsystematicallyspecifiesthemethodsandtechnicalrequirementsfordeterminingpowerlossesinHVDCconverterstations,providingaunifiednormativebasisforthedesign,construction,andoperationandmaintenanceinthisfield.Basedonacomprehensiveanalysisofthisstandard,thisreportelaboratesonthebackgroundofstandarddevelopment,thetechnicalframework,comparisonswithpreviousversions,thescopeofapplication,andthepotentialimpactonhigh-qualityindustrydevelopment.Thereportalsohighlightsthetechnicalcontributionsofthemaindraftingorganizationsandprovidesprospectsforfuturestandardevolution,aimingtooffersystematicreferenceforengineeringtechnicians,researchers,andindustrymanagementpersonnel.Keywords:HVDCtransmission;Converterstation;Powerlosses;IEC61803;Internationalstandard;Powersystem一、引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动绿色低碳发展的大背景下，可再生能源的大规模开发与利用正深刻改变着传统能源格局。我国提出"碳达峰、碳中和"战略目标后，以风电、光伏为代表的新能源装机容量持续快速增长，而新能源资源富集区与电力负荷中心呈现典型的逆向分布特征，这一结构性矛盾催生了对远距离、大容量输电技术的迫切需求。高压直流（HVDC）输电技术凭借其输电损耗低、调节速度快、输送容量大、可实现异步电网互联等技术优势，已成为跨区域电力输送的首选方案。换流站（ConverterStation）是HVDC输电系统中实现交流-直流转换的核心环节，其功率损耗水平直接决定了整个输电系统的运行效率和经济性。研究表明，换流站损耗通常占输电系统总损耗的40%～60%，具体比例取决于换流器类型、运行工况和设备技术水平。因此，建立一套科学、统一、精确的换流站功率损耗确定方法，对于工程建设中的方案比选、运行阶段的效率评估以及电力市场环境下的经济核算均具有不可替代的作用。1.2标准立项的必要性随着HVDC输电技术从传统电网换相换流器（LCC）向电压源换流器（VSC）快速演进，以及柔性直流输电（MMC等拓扑）在工程中的大规模应用，换流站设备的构成和工作机理日趋复杂，传统损耗计算方法已难以全面覆盖新型换流器拓扑的损耗特性。与此同时，不同国家和地区的工程实践在损耗计算细度、测量方法、边界条件处理等方面存在差异，导致损耗评估结果缺乏横向可比性。在此背景下，IEC61803:2026CMV标准的发布与持续更新，为全球HVDC换流站功率损耗的确定提供了统一的技术准则和计算方法框架，有助于促进各国在HVDC领域的技术交流与工程合作，推动行业整体技术水平的提升。二、标准概况2.1基本信息IEC61803:2026CMV（Determinationofpowerlossesinhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)converterstations）是国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）发布的现行有效标准，其核心内容为高压直流换流站功率损耗的确定方法。该标准由IEC第22技术委员会（电力电子系统与设备技术委员会，TC22）归口管理，具体由SC22F（输配电系统电力电子技术分技术委员会）下属的工作组负责维护与修订。标准的中文名称为"高压直流（HVDC）换流站功率损耗的确定"，标准状态为现行，发布机构为国际电工委员会，分类号为"整流器、转换器、稳压电源"，发布日期为2026年5月26日，语言为英语。该标准版本为CMV（CommentaryMarkupVersion，注释标记版本），以电子版加密PDF格式发行，该格式便于用户在阅读标准正文的同时查看技术委员会在制定过程中的讨论注释和修改说明，有助于用户更深入地理解标准条文的技术内涵和制定意图。2.2本标准在IEC标准体系中的定位IEC61803在IEC标准体系中属于HVDC输电系统的基础性方法标准，为换流站损耗评估提供了通用的技术框架和计算规则，常与以下标准配合使用：-IEC60700-1：高压直流输电用晶闸管换流器（ThyristorvalvesforHVDCpowertransmission）-IEC62501：高压直流输电用电压源换流器阀（VoltagesourcedconvertervalvesforHVDCpowertransmission）-IEC62747：高压直流输电用电压源换流器术语（Terminologyforvoltage-sourcedconvertersforHVDCsystems）-IEC60076系列：电力变压器标准（Powertransformers）在工程项目中，IEC61803通常作为换流站损耗保证值验证、损耗分摊计算和设计方案比选的标准依据，是HVDC工程招投标技术文件和合同条款中引用频率最高的IEC标准之一。2.3标准制定背景IEC61803标准的制定工作始于20世纪90年代末期。彼时，全球HVDC输电工程数量持续增长，换流站损耗作为影响输电经济性的核心指标之一，亟需统一的国际标准予以规范。首版IEC61803于1998年正式发布，此后经过多次修订和补充，不断纳入新技术的发展成果。2026年版CMV标准的发布，是在全球范围内HVDC工程规模持续扩大、柔性直流技术加速推广应用的背景下对标准内容的又一次系统性更新。三、标准技术内容分析3.1标准适用范围IEC61803:2026CMV适用于所有类型的HVDC换流站，涵盖传统电网换相换流器（Line-CommutatedConverter，LCC）换流站和电压源换流器（Voltage-SourcedConverter，VSC）换流站，包括但不限于以下工程类型：-两端或多端HVDC输电系统-背靠背（Back-to-Back）直流联网工程-海上风电柔性直流送出工程-城市电网直流嵌入工程-混合高压直流输电系统标准所涉及的换流站功率损耗确定方法，适用于换流站设备损耗的理论计算、型式试验验证、现场测试和运行监控等不同阶段，涵盖了规划、设计、建设和运行全生命周期内的损耗评估需求。3.2换流站功率损耗的分类体系IEC61803:2026CMV在F.2.2节对换流站内的功率损耗进行了系统分类。标准的损耗分类框架基于设备功能和能量转换特征，具体包括以下主要类别：（1）换流器损耗换流器是换流站的核心设备，其损耗来源主要包括功率半导体器件（晶闸管、IGBT等）的通态损耗、开关损耗、断态损耗以及阻尼回路损耗等。在LCC换流器中，晶闸管阀的损耗以通态损耗为主，其大小与直流电流成正比；在VSC换流器中，IGBT器件的开关损耗在总损耗中占有相当比重，且与开关频率密切相关。对于采用模块化多电平换流器（MMC）拓扑的柔性直流工程，子模块电容的等效串联电阻损耗和均压回路的附加损耗也需纳入计算，并考虑不同调制策略的影响。（2）换流变压器损耗换流变压器损耗包括空载损耗（铁损）和负载损耗（铜损）两部分。空载损耗由铁芯的磁滞损耗和涡流损耗组成，与变压器运行电压和频率相关；负载损耗由绕组电阻损耗和漏磁产生的杂散损耗组成，与负载电流的平方成正比。换流变压器运行中承受谐波电流和非正弦电压，其附加损耗的计算需考虑谐波分量对绕组和铁芯损耗的放大效应。标准对换流变压器损耗的计算给出了谐波修正系数的取值方法和适用条件。（3）平波电抗器损耗平波电抗器在LCC换流站中用于平滑直流电流纹波，其损耗包括绕组损耗、铁芯损耗以及由直流偏磁引起的附加损耗。平波电抗器中同时流过直流电流和谐波电流，损耗计算需要区分直流分量和谐波分量的贡献。对于干式空心电抗器，不存在铁芯损耗，但需考虑涡流损耗和邻近效应损耗；对于油浸式铁芯电抗器，还需计入铁芯的磁滞损耗和涡流损耗。（4）无功补偿及滤波装置损耗换流站在运行过程中会产生大量无功功率需求和谐波电流，因此需要配置无功补偿装置和滤波装置。这些装置的损耗包括电容器介质损耗、电抗器绕组损耗、电阻器发热损耗以及投切开关的附加损耗等。标准针对不同类型的无功补偿及滤波装置给出了损耗计算方法，并考虑了不同运行工况下的投切策略对损耗分布的影响。对于有源滤波装置，还需计入电力电子器件的开关损耗和通态损耗。（5）辅助设备损耗辅助设备损耗包括站用电系统的各种负荷损耗，如冷却系统（水冷或风冷）、照明系统、空调通风系统、控制保护系统、通信系统等所消耗的电能。这部分损耗虽然单机功率不大，但数量庞大、运行时间长，其总和不可忽视。特别是对于大容量换流站，冷却系统的能耗占总辅助损耗的比例较大，标准要求对辅助设备损耗进行分类测算并计入站总损耗。标准还提供了辅助设备损耗的估算方法和实测数据统计方法，在工程前期方案阶段可采用典型的负荷系数法进行估算。（6）直流母线和交流母线损耗直流母线和交流母线的损耗主要基于导体的电阻损耗，其大小决定于母线材料（铜或铝）、导体截面、线路长度和运行电流。在高电压等级下，母线损耗与运行电压基本无关，但与电流的平方成正比，在轻载和大负荷工况下的差异显著。在高海拔或高环境温度地区，母线损耗还需校核温度修正系数。3.3损耗计算的核心技术方法IEC61803:2026CMV对各类损耗的计算方法进行了详细规定，其技术方法体系呈现以下特征：（1）以运行工况为基准的损耗计算框架标准要求在不同运行工况（额定工况、最小功率工况、备用工况等）下分别计算换流站损耗，并推荐以损耗-负荷特性曲线的形式给出换流站全运行范围内的损耗分布规律。这一方法充分考虑了实际工程运行中换流站负荷波动大、工况切换频繁的特点，使得损耗评估结果更加准确地反映换流站的实际运行能效水平。（2）基于器件物理特性的精细化建模方法对于换流器损耗，标准推荐采用基于器件物理特性的精细化建模方法。以VSC换流器为例，IGBT的通态损耗通过器件的输出特性曲线（集电极电流-饱和电压关系）积分获得，开关损耗则基于器件开关能量曲线（Eon、Eoff）在考虑电流、电压和结温修正后计算。在MMC换流器中，需根据电流分配规律和子模块投切序列来确定各器件损耗的瞬时功率，进而统计出单个子模块和整个换流阀的总损耗。标准在J.2节提供了适用于不同VSC拓扑的损耗计算方法，包括两电平、三电平和MMC等主流拓扑形式。（3）谐波损耗的计入方法由于换流器运行时会在交流和直流侧产生谐波电流和谐波电压，这些谐波分量在变压器、电抗器等设备中会产生附加损耗。标准规定了谐波损耗的计算方法，要求基于换流站典型运行工况下的特征谐波频谱进行损耗修正。在无法获得精确谐波频谱数据时，标准给出了经验修正系数的选取范围，并明确了适用前提。（4）温度条件的归一化处理损耗计算结果受设备运行温度影响显著，特别是功率半导体器件的通态压降和开关损耗均随结温变化而变化。标准要求在损耗计算中统一规定参考环境温度和设备温升假设，以保证不同方案或不同设备供应商之间损耗数据的可比性。标准推荐以规定的环境温度和额定冷却条件下的设备运行温度作为基准参考值。3.4本标准的技术要点与创新与既往版本相比，IEC61803:2026CMV在技术内容上进行了大幅充实和完善，主要体现在以下方面：1.扩充了VSC换流站损耗计算方法：新增了MMC换流器的损耗计算细则，包括子模块损耗、均压电阻损耗和控制系统附加损耗等，填补了此前标准在柔性直流领域适用性不足的空白。2.引入了损耗不确定度评估方法：标准在附录中给出了损耗计算不确定度来源的分析框架和量化评估方法，为工程验收中的损耗判定提供了更为科学的依据。3.完善了损耗验证试验方法：标准升级了换流阀损耗的型式试验验证方法，包括基于热量测定法的损耗直接测定程序和基于电参数测量的间接验证方法，并规定了相应的误差范围。4.协调了与其他IEC标准的接口关系：标准在技术内容上充分考虑了与IEC60700-1、IEC62501等设备标准在损耗定义和计算方法上的一致性，为设备制造商和工程承包商在损耗保证值方面的对标提供了统一基础。四、与既往版本的对比分析IEC61803标准的历次版本演进反映了HVDC技术发展的轨迹和行业需求的变化。首版于1998年发布，主要针对以LCC技术为主的HVDC换流站损耗计算。此后经过三次技术修订（2010年、2015年和2020年），标准在内容框架和计算方法上不断完善。2026年版CMV在以下方面实现了显著突破：（1）技术覆盖范围方面既往版本以LCC换流器损耗计算为核心内容，虽然2010年后的修订版本已开始涉及VSC换流器，但相关内容相对简略。2026年版CMV将VSC换流站损耗计算方法提升为与LCC同等重要的标准内容，形成了两种技术路线并重的标准架构。（2）计算方法精细化程度方面新版标准在换流器损耗计算中推荐了更为精细化的建模方法。以MMC换流器为例，旧版标准仅给出简化的损耗估算公式，而新版标准则要求基于子模块功率器件的精确开关过程进行逐时步仿真统计，并针对不同调制策略（最近电平逼近、载波移相正弦脉宽调制等）给出了差异化的损耗计算方法。（3）工程可操作性方面2026年版CMV新增了多个资料性附录，为工程人员提供了计算示例、典型参数取值范围、不确定度评估模板等实用工具，显著增强了标准的可操作性。此外，CMV格式本身所附带的委员会注释也为用户理解技术条文背后的设计意图提供了便利。（4）绿色低碳导向方面新版标准在损耗分类和计算中更加注重对空载损耗和轻载损耗的精细评估，反映了行业对换流站全工况运行能效的关注。标准还增加了换流站损耗最小化的设计建议和运行优化指导性内容，呼应了全球碳中和背景下电力行业对节能减排的技术需求。五、主要