IEC 61800-9-22023 可调速电力驱动系统（PDS）.第9-2部分电机系统的生态设计.能效测定和分类标准立项发展报告

可调速电力驱动系统（PDS）第9-2部分：电机系统的生态设计——能效测定和分类标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AdjustableSpeedElectricalPowerDriveSystems(PDS)-Part9-2:EcodesignforMotorSystems-EnergyEfficiencyDeterminationandClassification摘要随着全球碳中和战略的深入推进和工业领域节能降碳要求的日益严格，电机系统作为工业能源消耗的主体，其能效提升已成为国际标准化工作的核心议题。IEC61800-9-2:2023《可调速电力驱动系统（PDS）第9-2部分：电机系统的生态设计——能效测定和分类》由国际电工委员会（IEC）正式发布，该标准是IEC61800系列标准在生态设计领域的重要延伸，系统规定了电机系统能效的测定方法、计算方法及分类体系，首次将能效评价范围从单一电机扩展至整个电力驱动系统，涵盖变频器、电机及其匹配关系。本报告对该标准的立项背景、技术内容、关键创新、应用前景及主要参与单位进行了系统分析。报告指出，该标准不仅为电机系统的能效评定提供了统一的技术依据，更为各国制定电机系统能效法规和生态设计指令提供了重要的国际参照，对推动全球工业节能减排和绿色制造转型具有深远的战略意义。关键词：可调速电力驱动系统；生态设计；能效测定；能效分类；国际标准；电机系统；节能减排Keywords:AdjustableSpeedPowerDriveSystems;Ecodesign;EnergyEfficiencyDetermination;EfficiencyClassification;InternationalStandard;MotorSystems;EnergySavingandEmissionReduction一、引言1.1研究背景电机系统是工业领域最为广泛的动力来源，据统计，电机系统消耗了全球约45%的电力能源，在工业部门这一比例更是高达60%-70%。在“双碳”目标引领下，提升电机系统能效已成为各国推动工业绿色低碳转型的重要抓手。然而，传统能效标准多聚焦于电机单体，未充分考虑变频器与电机的组合效应对系统能效的显著影响。随着电力电子技术的发展和变频驱动技术的普及，可调速电力驱动系统（PDS）在实际工程中的应用比例快速攀升，构建系统性、全链条的能效评价体系成为国际标准化的迫切需求。1.2标准基本信息IEC61800-9-2:2023由国际电工委员会（IEC）第22技术委员会（SC22G：可调速电力驱动系统及半导体电力变换器）归口管理，于2023年10月20日正式发布，替代了IEC61800-9-2:2017版本。该标准属于IEC61800系列标准体系，与IEC61800-9-1（电机系统的生态设计——通用要求）共同构成电机系统生态设计的标准框架。标准语言为英语和法语，现行有效。1.3标准定位与意义该标准的发布标志着国际社会对电机系统能效评价理念从“部件导向”向“系统导向”的重要转变。其核心价值在于：首次建立了涵盖变频器和电机的完整能效测定与分类体系，为电机系统的生态设计提供了可量化、可比较的国际统一标尺；同时，该标准与欧盟ERP指令（2009/125/EC）及其后续修订法规、国际电机能效分级标准IEC60034-30-1等形成有机衔接，成为全球电机系统能效监管框架的重要技术支柱。二、标准制定背景与工作过程2.1国际法规与政策驱动电机系统能效标准的制定与国际法规环境密切相关。欧盟于2009年发布ERP指令（能源相关产品生态设计指令），首次将电机系统纳入生态设计监管框架。2019年，欧盟发布新规（EU）2019/1781，进一步提高了电机能效要求并将变频器纳入监管范围。与此同时，国际能源机构（IEA）在“高效电机系统”系列报告中多次呼吁建立系统的能效评价方法。这些政策和倡议为IEC61800-9-2标准的制定提供了法规层面的驱动力。2.2技术发展与产业需求近年来，宽禁带半导体器件（如SiC、GaN）的成熟应用显著提升了变频器效率，电机效率等级也在IEC60034-30-1标准框架下持续升级（IE1至IE4，并正在向IE5延伸），部分最优产品的实际能效已超过IE4等级。然而，不同制造商对系统能效的测试和计算方法缺乏统一规范，导致系统效率数据难以横向比较。产业界迫切需要一套统一的系统级能效测定与分类方法，以支持产品生态设计、能效标识和采购决策。2.3标准制定历程IEC61800-9-2标准的制定经历了严谨的多轮国际协商过程。SC22G工作组自2013年启动系统能效评价标准的预研工作，在参考IEC61800-9-1框架的基础上，结合各国电机系统能效监管经验，历时近五年完成了标准草案的编制。2017年发布第一版，2020年启动修订程序，综合考虑欧盟ERP法规的技术更新、变频器测试方法的最新进展及产业界的反馈意见，于2023年10月正式发布现行版本。三、标准主要技术内容3.1标准适用范围该标准适用于连接电网电压不超过1000V的可调速电力驱动系统，包括变频器（CDM，CompleteDriveModule）和电机（电机系统）的完整组合。标准涵盖了异步电机、同步电机等不同类型的电机系统，并适用于单轴和多轴驱动结构。值得注意的是，标准同样适用于变频器与电机分离设计但在系统中配套使用的情形。3.2能效测定与计算方法标准确立了系统级能效测定的完整方法论框架，其核心创新在于将电机系统划分为变频器、电机及系统匹配三个层级进行综合评定，同时提出了若干关键能效指标作为统一度量工具：-系统效率（η_sys）：在指定工况下，电机系统输出机械功率与输入电功率之比，反映系统整体能量转换效率；-损耗功率（P_L）：系统在不同负载率下（25%、50%、75%、100%额定负载）的能量损耗值，通过加权计算获得代表性损耗数据；-能效等级（IES等级）：基于标准归一化损耗曲线将系统划分为IES0（最低）至IES2（最高）三个等级，为生态设计和产品分级提供参考基线。标准的显著特色在于引入了“参考系统”概念。通过将待测系统与标准化参考PDS系统在同一运行条件下进行损耗对比，从而有效消除了因额定功率、转速等参数差异带来的评价偏差，显著增强了不同产品间能效可比性。此外，标准充分考虑部分负载条件下的能效表现，规定了多工况（额定工况及部分负载）能效的综合评价方法，引导用户在系统设计和选型时不仅要关注额定工况效率，更要综合考量实际运行中常见部分负荷工况的能效表现。3.3能效分类体系标准建立了清晰的三级能效分类体系：|等级|含义|技术要求||------|------|----------||IES0|标准能效|满足基本市场准入要求，作为能效比较的参考基线||IES1|高能效|损耗较参考系统降低不低于20%，体现行业先进水平||IES2|超高能效|损耗较参考系统降低不低于40%，代表前沿技术方向|该分级体系与IEC60034-30-1中IE能效分级（IE1～IE4）形成互补关系。前者针对电机单体，后者则面向整个驱动系统，二者共同构成完整的电机能效评价体系。3.4生态设计要求标准的生态设计部分规定了电机系统在全生命周期内的环境设计要求，包括但不限于以下维度：-材料效率：规定有害物质限制使用、材料标识和回收利用要求，引导产品设计考虑拆解性和可回收性；-可维修性：要求产品设计考虑关键部件的可达性和可更换性，延长产品使用寿命；-信息透明：要求在技术文档中提供系统的能效等级、适用工况范围及最佳运行参数等关键信息，为用户选型和运行优化提供决策依据。以上要求共同构成了覆盖产品设计、制造、使用到报废全生命周期的生态设计规范框架。3.5测试方法要求为保证能效数据的可靠性和可重复性，标准明确了以下测试要则：-测量仪器精度等级：规定功率、电压、电流、转矩、转速等参数的测量仪器精度要求；-测试环境条件：明确环境温度、湿度、电源质量等测试条件的允许范围；-不确定度分析：要求给出测量不确定度的评估方法和数据报告格式。对无法直接测量的参数，标准允许采用间接测量方法进行推定，但须提供不确定度分析报告。四、标准的主要技术创新4.1系统级能效评价体系的构建该标准在标准化理念层面的核心创新在于突破了传统以电机单体为核心的能效评价模式。传统标准（如IEC60034-30-1）仅考虑电机的独立运行效率，而实际工程中电机与变频器的匹配状况对系统综合能效有着决定性影响。该标准首次为系统级能效评价提供了国际统一的技术框架，使能效评价从“部件最优”转向“系统最优”，这一转变对电机系统的节能设计理念产生了深刻影响。4.2参考系统的引入参考系统概念的引入是标准方法论上的关键突破。通过在相同功率和转速条件下构造标准化的参考PDS系统，有效剥离了系统规格参数差异对损耗比较的干扰。这一方法既保证了不同产品间能效数据的可比性，又为制造商提供了清晰的技术改进目标。4.3部分负载能效的评价标准充分考虑了电机系统在部分负载条件下的运行特征，建立了从25%到100%额定负载的能效评价体系。多数实际应用场景中，电机系统长期运行于50%-75%的部分负载状态，该评价方法有助于用户全面评估系统的经济运行水平，避免“额定工况高效、部分负载低效”的技术陷阱。五、标准应用前景分析5.1国际法规衔接该标准与欧盟ERP法规（EU）2019/1781形成直接技术呼应。该法规将于2023年7月起将变频器纳入强制性监管范围，要求产品能效符合IES2等级。IEC61800-9-2:2023为这一法规的实施提供了标准化的测试和评定工具，同时也是其他国家制定电机系统能效法规的重要技术参照。5.2国际贸易影响5.3中国产业应用前景在中国“碳达峰、碳中和”战略背景下，电机系统节能已被列入《工业能效提升行动计划》和《电机能效提升计划（2021-2023年）》等政策文件。该标准的实施将为我国电机系统能效评价提供国际化技术框架，有助于推动我国电机系统产业的技术升级和绿色转型。与此同时，我国正在积极推进该标准向国家标准（GB/T）的转化工作，以提升国内标准与国际标准的协调一致性，为国内企业参与国际竞争提供标准化支撑。5.4标识与认证制度支撑标准为电机系统能效标识制度和节能认证制度的建立提供了分级技术依据。在政府采购、工程项目招标、企业设备采购等环节，IES等级可作为绿色采购的重要参考指标。国际经验表明，统一的能效标识制度对引导市场向高效产品转型具有显著作用（如国际电机能效标识的推广经验），该标准的实施有望在全球范围内产生同等的市场引导效应。六、标准修订与维护机制6.1标准维护机构该标准的维护工作由IECSC22G工作组负责，该工作组汇集了来自全球20余个成员国的标准化专家、电机制造商、变频器制造商、检测机构和学术研究机构的代表。工作组每年召开两次全体会议，讨论标准实施中的技术问题、修订建议和未来发展方向。6.2持续修订机制IEC建立了系统化的标准维护机制。SC22G工作组设有专门的维护团队，负责收集标准实施过程中的反馈意见和修订建议。同时，工作组持续跟踪欧盟ERP法规的修订进程、IEC60034系列标准的更新动态以及新型电机技术（如磁阻辅助同步电机）的发展趋势，为标准的持续改进提供技术输入。七、主要参与单位7.1国际电工委员会SC22G技术委员会IECSC22G（可调速电力驱动系统及半导体电力变换器）是该标准的直接归口技术委员会。该委员会成立于20世纪90年代，秘书处设于德国（DKE），目前拥有20个积极参与国和15个观察国。委员会主席由德国专家担任，秘书由德国电工委员会（DKE）承担。SC22G的核心使命是制定涵盖可调速电力驱动系统的性能、安全、电磁兼容、生态设计等方面的国际标准，其标准体系已成为全球电力驱动领域最具权威性的技术规范。7.2中国参与单位——上海电器科学研究院上海电器科学研究院（以下简称“上电科”）是中国低压电器及电机系统标准化领域的核心研究机构，长期深度参与IEC61800-9-2标准的制定和修订工作。上电科承担全国旋转电机标准化技术委员会（SAC/TC26）秘书处职能，同时也是中国电机能效提升工程的重要技术支撑单位。上电科在电机系统能效领域拥有超过60年的技术积累，建有国家中小型电机及系统技术创新平台和电机系统能效检测实验室，具备从电机单机到系统集成的完整测试评价能力。在IEC61800-9-2:2023的制定过程中，上电科专家作为中国代表团核心成员，深度参与了系统能效分级框架的讨论、参考系统模型的验证以及测试方法的技术论证，提出了多项具有重要影响力的技术建议。例如：-部分负载评价权重方案：上电科基于中国电机系统实际运行工况的大规模调研数据，提出了适用于不同工业场景的部分负载评价权重建议方案，获得了工作组的采纳；-参考系统参数修正方法：针对大功率电机系统直接测试成本高的问题，上电科提出了基于参数修正的参考系统效率推定方法，有效降低了标准的实施门槛。上电科积极发挥连接国际标准与国内产业之间的桥梁作用，组织国内电机制造企业、变频器企业和检测机构开展标准的试验验证工作，为标准的本土化应用提供了坚实的技术支撑，并推动了该标准与国内电机能效标准体系的协调对接。八、结论与展望8.1主要结论IEC61800-9-2:2023是国际电机系统能效标准化领域的一项里程碑式成果。该标准首次在国际层面建立了涵盖变频器与电机的系统级能效测定和分类框架，创新性地引入了标准化参考系统的评价方法论，并通过IES能效等级体系为不同产品提供了统一的可比较基准。标准的发布不仅回应了全球工业节能减排的时代需求，更为各国电机系统能效监管政策的制定和实施提供了关键的技术支撑。8.2未来展望展望未来，该标准的持续完善和全球化应用将呈现以下趋势：-标准覆盖范围扩展：随着中高压变频技术的推广和新型电机技术的商业化应用，标准有望进一步扩展至更高电压等级和新型电机系统；-数字化融合：结合工业互联网和数字孪生技术，标准将可能融入数字化能效评估工具的要求，支持基于实时运行数据的能效动态评价；-全球监管趋同：越来越多的国家和地区将参照该标准制定或修订电机系统能效法规，全球电机系统能效监管要求将逐步趋同；-技术迭代加速：随着SiC/GaN等宽禁带器件成本的持续下降和高效电机新材料的突破，电机系统能效水平将不断提升，IES等级体系也将随之动态演进。可以预见，IEC61800-9-2:2023将持续发挥其作为全球电机系统生态设计核心标准的重要作用，为工业绿色发展和全球碳中和目标的实现贡献标准化力量。参考文献[1]IEC61800-9-2:2023,Adjustablespeedelectricalpowerdrivesystems(PDS)-Part9-2:Ecodesignformotorsystems-Energyefficiencydeterminationandclassification[S].Geneva:IEC,2023.[2]IEC61800-9-1:2017,Adjustablespeed