IEC TR 634112025 通过VSC-HVDC系统实现海上风电并网标准立项发展报告

海上风电并网通过VSC-HVDC系统标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:GridConnectionofOffshoreWindviaVSC-HVDCSystems摘要随着全球能源转型战略的深入推进，海上风电作为清洁能源的重要组成部分，正朝着大规模、远距离、深水域方向发展。传统的交流输电技术在远距离、大容量海上风电送出场景中面临无功补偿困难、线路损耗大、故障隔离复杂等技术瓶颈，而基于电压源型换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术凭借其独立有功/无功控制、无换相失败风险、可向无源网络供电等显著优势，已成为远距离海上风电并网的主流技术方案。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2025年1月正式发布技术报告IECTR63411:2025《通过VSC-HVDC系统实现海上风电并网》，系统总结了该领域的最新技术进展、工程实践经验与关键科学问题。本报告对该标准立项的背景、编制过程、核心技术内容及其行业意义进行了全面阐述，重点分析了VSC-HVDC系统的技术架构、控制保护策略、故障穿越要求、并网导则及验证方法等关键内容。该技术报告的发布填补了国际标准在海上风电经VSC-HVDC并网领域的空白，为全球海上风电直流外送工程的设计、建设和运行提供了权威技术参考，对促进海上风电产业健康有序发展、推动全球能源结构优化升级具有重要的指导意义和应用价值。关键词：海上风电；VSC-HVDC；柔性直流输电；并网技术；国际电工委员会；技术报告；标准化Keywords:OffshoreWindPower;VSC-HVDC;FlexibleHVDCTransmission;GridIntegration;IEC;TechnicalReport;Standardization一、引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推进碳中和目标的宏观背景下，可再生能源开发利用已成为世界各国能源战略的核心方向。海上风电凭借其资源丰富、发电利用小时数高、不占用陆地土地资源、靠近负荷中心等优势，近年来在全球范围内呈现爆发式增长态势。据全球风能理事会（GWEC）统计，2024年全球海上风电新增装机容量达到创纪录水平，欧洲、亚洲和北美主要经济体纷纷制定大规模海上风电发展规划。中国作为全球最大的海上风电市场，已建成多个百万千瓦级海上风电基地，并逐步向深远海区域拓展。随着海上风电场规模不断扩大、离岸距离持续增加，传统的交流输电方式在远距离输送场景下暴露出诸多技术经济性问题：一是交流海缆的电容效应导致充电无功功率急剧增大，需要沿线配置大量无功补偿装置；二是随着输电距离增加，线路损耗显著上升，输送效率降低；三是交流系统故障相互影响复杂，难以实现快速隔离和系统解耦。当离岸距离超过50-80公里或输送容量超过数百兆瓦时，直流输电方案在技术经济性方面展现出明显优势。1.2VSC-HVDC技术及其在海上风电中的应用优势基于电压源型换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术，又称柔性直流输电技术，是新一代直流输电技术。与传统基于电网换相换流器（LCC）的直流输电技术相比，VSC-HVDC采用全控型电力电子器件（如IGBT），具有以下核心技术优势：-独立的有功和无功功率控制能力：可实现四象限运行，能够为所连接交流系统提供动态无功支撑；-无换相失败风险：采用自换相技术，不依赖交流系统电压，可向无源网络（如孤岛风电场）供电；-谐波特性优良：采用PWM或MMC调制技术，交流侧谐波含量低，滤波器需求小；-潮流反转便捷：通过改变电流方向而非电压极性实现潮流反转，便于构建多端直流网络；-模块化程度高：模块化多电平换流器（MMC）技术使系统扩容和维护更加灵活。上述优势使VSC-HVDC成为大规模远距离海上风电并网的首选技术方案。截至目前，全球已投运和在建的海上风电柔性直流工程已达数十个，涵盖德国、英国、丹麦、中国、美国等多个国家。1.3标准立项的必要性与紧迫性尽管VSC-HVDC技术在海上风电领域已得到广泛应用，但长期以来缺乏统一、系统的国际标准对该领域的技术要求进行规范和指导。已有的IEC62244、IEC62747等标准主要针对通用高压直流输电系统，未能充分覆盖海上风电经VSC-HVDC并网的特殊技术要求，如风电场-换流器协调控制、海上平台特殊环境适应性、黑启动与孤岛运行等关键问题。技术标准的缺失导致各工程项目在设计理念、技术方案、性能要求等方面存在较大差异，增加了系统集成难度和运行风险，也制约了设备制造和工程建设的标准化、规模化发展。在此背景下，IEC依据其技术报告（TechnicalReport）的编制规则，组织国际权威专家成立了专项工作组，启动了IECTR63411的编制工作。该技术报告的立项旨在系统总结VSC-HVDC海上风电并网领域的现有技术成果和工程经验，为后续制定正式国际标准奠定技术基础和共识框架。二、标准编制概况2.1编制机构IECTR63411:2025由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）组织编制。IEC成立于1906年，是电工电子领域最具权威性的国际标准化组织之一，其制定的标准和合格评定程序在全球170多个国家和地区得到广泛应用和认可。在IEC组织架构中，该技术报告的编制工作主要由IEC第115技术委员会（TC115，负责高压直流输电系统标准化领域）牵头，联合第8技术委员会（TC8，负责电能供应系统方面）和第88技术委员会（TC88，负责风能发电系统）等相关技术委员会共同参与。各技术委员会选派来自不同国家的专家组成联合工作组，涵盖电网运营商、风电开发商、设备制造商、研究机构和高等院校等多方利益相关方，确保了技术报告的全面性、代表性和专业性。工作组的专家成员来自德国、中国、英国、丹麦、荷兰、美国、瑞典、挪威、西班牙等海上风电技术领先国家，具备丰富的理论知识和工程实践经验。2.2编制过程IECTR63411的编制过程遵循IEC标准制修订程序，大致经历了以下几个阶段：前期研究阶段（2019-2020年）：TC115根据行业需求和成员体提案，组织专家对海上风电VSC-HVDC并网技术的标准化需求进行系统梳理和可行性评估。重点调研了已投运工程的技术方案、运行经验和存在的主要技术问题，明确了技术报告需要覆盖的核心技术范围。草案编制阶段（2020-2022年）：成立专项工作组后，各专家按专业分工分别负责不同技术章节的起草工作。工作组先后召开多次线上线下工作会议，对技术架构、控制策略、保护方案、测试验证等关键内容进行了深入讨论和反复修改，形成了委员会草案（CD）。意见征集与修改阶段（2022-2023年）：草案在IEC各国家委员会范围内分发征求意见，收到来自全球各成员体的大量反馈意见。工作组逐条研究处理每一条意见，对草案进行多轮修改完善，形成最终草案。批准发布阶段（2023-2025年）：最终草案经TC115及各参与技术委员会审核通过后，提交IEC中央办公室进行最终文本审查和发布准备。2025年1月14日，IECTR63411:2025正式向全球发布。2.3标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTR63411:2025||标准名称|GridconnectionofoffshorewindviaVSC-HVDCsystems||中文名称|通过VSC-HVDC系统实现海上风电并网||标准类型|技术报告（TechnicalReport）||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2025年1月14日||现行状态|现行有效||ICS分类号|电气工程综合||语言版本|英文版|三、标准核心技术内容IECTR63411:2025作为一项技术报告，系统总结了海上风电通过VSC-HVDC系统并网的技术架构、设计要求、运行控制、保护策略和验证方法等方面的技术共识和实践经验。以下按章节对核心技术内容进行梳理与分析：3.1系统架构与拓扑方案该技术报告首先对海上风电经VSC-HVDC并网的系统架构进行了系统分类和比较分析，主要涵盖以下几种典型的拓扑结构：点对点拓扑结构：这是目前应用最为广泛的拓扑形式，由海上换流站、直流海缆和陆上换流站组成，实现海上风电场与陆上交流电网之间的电力传输。该拓扑结构简单、运行控制成熟、工程实施经验丰富，已在德国BorWin、SylWin、中国如东、南汇等多项工程中得到成功应用。多端直流拓扑结构：随着海上风电场集群化开发趋势日益明显，多端柔性直流系统——即三个及以上换流站通过直流网络互联——正成为关键技术方向。多端系统可实现多个风电场的汇集外送和不同负荷中心之间的功率灵活调配，提高系统供电可靠性和运行灵活性。报告对多端系统的拓扑选择、协调控制和故障隔离策略进行了专门论述。直流汇集系统结构：对于大型海上风电场，在海上平台设置直流汇集母线或采用全直流风电场方案也是重要的技术方向。报告对交流汇集+直流送出（AC-collection+DC-transmission）和直流汇集+直流送出（DC-collection+DC-transmission）两种方案的技术经济性进行了比较，分析了各自的适用范围和关键技术挑战。3.2主要设备技术要求海上换流站：报告对海上换流站的布置方案（包括集成式布置和分体式布置）、设备选型、防腐防盐雾设计、抗震抗台风设计、消防系统、暖通系统等提出了系统性要求。特别强调了海上平台对设备紧凑性、轻量化、免维护性的特殊要求，以及基于MMC（模块化多电平换流器）拓扑的换流阀设计方案、联接变压器技术参数和启动回路配置要求。直流电缆：针对海上直流输电的应用场景，报告对直流海缆的选型要求（包括交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆和粘性浸渍纸绝缘（MI）直流电缆的适用性）、截面选择、载流量计算、故障定位与修复方法等进行了技术分析。同时，对直流电缆的绝缘配合、附件选择和敷设方式提出了指导性建议。陆上换流站：报告对陆上换流站的站址选择、设备布局、交流场设计、直流场设计、无功补偿配置、滤波装置设计等提出了技术指导，并对陆上换流站与交流电网的接口要求（包括短路比要求、电压等级选择、接入方式等）进行了详细论述。风电场侧换流器协调控制：针对海上风电场与VSC-HVDC系统的协调运行问题，报告重点分析了风电场侧换流器（WFVSC）与风电机组之间的通信接口要求、控制模式配合、功率协调策略和电压频率支撑方案。3.3控制与保护策略控制与保护系统是VSC-HVDC海上风电并网系统的核心。报告对该领域的关键技术内容进行了系统梳理：稳态控制策略：包括定有功功率/定直流电压控制、定无功功率/定交流电压控制、频率控制等基本控制模式的原理、实现方法和运行边界；不同控制模式之间的切换策略及安全约束。暂态控制与故障穿越：海上风电经VSC-HVDC并网系统的故障穿越能力是确保电网安全稳定运行的关键。报告系统总结了交流电网侧故障和直流侧故障两种情况下的故障特性分析方法、故障穿越控制策略（包括直流卸荷电路（chopper）的配置方案、换流器限流控制等）以及故障期间风电场侧功率协调策略。直流故障保护：针对直流线路故障的检测、定位与隔离技术，报告对基于直流断路器（DCCB）的保护方案、基于换流器主动故障清除（利用具备直流故障自清除能力的子模块拓扑）的保护方案，以及全桥型MMC（FBSM-MMC）与混合型MMC（HBSM-MMC）的保护配合策略进行了比较分析。黑启动与孤岛运行：报告分析了海上风电场经VSC-HVDC并网系统在黑启动工况下的启动策略和时序安排、孤岛运行模式下的电压和频率控制方案以及风电场与换流器之间的启动协调逻辑。3.4并网导则与运行要求并网导则：报告对各主要国家电网运营商针对经VSC-HVDC并网的海上风电场在故障穿越、无功支撑、频率调节、电能质量等方面的并网技术要求进行了汇总和对比分析，指出了不同电网规范之间的共性要求和差异点，为统一技术标准的制定提供参考依据。运行限制条件：报告对系统正常运行范围（包括直流电压允许偏差、换流器过载能力、环境温度与冷却条件对输送能力的影响等）和非正常运行工况（包括单极停运、换流器闭锁、直流线路永久性故障等）下的运行限制和应对措施进行了详细说明。3.5测试与验证方法报告对VSC-HVDC海上风电并网系统的测试与验证方法提出了系统性的指导框架，涵盖：-换流器的工厂试验（包括型式试验、例行试验和特殊试验）项目及方法；-控制保护系统的硬件在环（HIL）测试和实时数字仿真（RTDS）测试方法；-现场调试试验（包括分系统调试和整体启动调试）的主要内容和步骤；-并网性能验证试验（包括故障穿越试验、功率控制试验、电能质量测试等）的技术方案。3.6典型案例分析技术报告还收录了全球多个已投运的具有代表性的海上风电VSC-HVDC并网工程的案例，包括德国北海地区的BorWin系列工程、英国EastAnglia工程、中国如东柔直工程等，对每个工程的系统配置、主要技术参数、工程特点和运行经验进行了客观分析和总结，为后续工程的设计和建设提供有价值的参考借鉴。四、标准修订单位介绍IECTR63411:2025的编制汇集了全球多个国家和组织的专家力量，其中全球能源互联网研究院有限公司（GlobalEnergyInterconnectionResearchInstituteCo.,Ltd.，简称"全球能源互联网研究院"）作为IECTC115的国内技术对口单位核心成员，在标准编制过程中发挥了重要作用。全球能源互联网研究院有限公司是国家电网有限公司直属的科研机构，前身为中国电力科学研究院直流输电技术研究所，是中国在高压直流输电领域最具权威性的研究机构之一。研究院长期致力于特高压直流、柔性直流输电、新能源并网等关键技术的研究与设备开发，建有国家重点实验室——先进输电技术国家重点实验室，拥有一支包括中国工程院院士在内的高水平科研团队。该研究院主导或参与了我国多项柔性直流输电重大工程的建设和技术攻关，包括±800kV特高压直流输电工程、张北柔性直流电网试验示范工程、如东海上风电柔性直流送出工程等，积累了丰富的理论研究成果和工程实践经验。在IECTR63411的编制过程中，全球能源互联网研究院的专家团队负责承担了直流故障保护与清除策略、换流器拓扑及控制策略等核心章节的起草工作，并积极参与了系统架构比较、测试验证方法等章节的讨论和编写。研究院团队将中国在柔性直流输电领域的自主创新成果和工程实践经验充分融入标准内容，提出了多项具有中国特色的技术方案和工程经验，得到了国际专家的广泛认可和采纳。此外，研究院专家还担任了IECTC115的多项职务，深度参与国际直流输电标准体系的建设和完善工作，为推动中国直流输电技术标准走向国际作出了重要贡献。五、标准的意义与影响5.1填补国际标准空白IECTR63411:2025是国际上首份系统地针对海上风电经VSC-HVDC系统并网全技术链条的技术报告。此前，相关技术要求分散在IEC62244（HVDC换流站）、IEC62747（VSC-HVDC术语）、IEC61400系列（风力发电机组）等多项标准中，缺乏系统性、针对性的顶层技术文件。本技术报告的发布填补了这一重要领域的国际标准空白，为后续制定正式的国际标准奠定了坚实基础。5.2统一技术认知，降低工程风险通过系统总结已投运工程的技术方案、运行数据和经验教训，该技术报告为工程设计方、设备制造方和电网运营方提供了统一的技术参考框架，有助于避免因技术方案选择和参数设计不一致而导致的系统匹配问题和运行安全隐患，对降低工程建设风险