IEC TS 63291-12023 高压直流（HVDC）电网系统和连接换流站 功能规范的指南和参数列表 第1部分指南标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:HighVoltageDirectCurrent(HVDC)GridSystemsandConnectedConverterStations–GuidelineandParameterListsforFunctionalSpecifications–Part1:Guideline高压直流（HVDC）电网系统和连接换流站功能规范的指南和参数列表第1部分：指南标准立项发展报告摘要随着全球能源转型战略的深入推进，以风电、光伏为代表的可再生能源大规模开发与远距离输送需求日益增长，高压直流（HVDC）输电技术因其在大容量、远距离、低损耗输电方面的独特优势，已成为构建新型电力系统、实现跨国跨区域能源互联的关键技术路径。多端直流电网和直流电网组网技术的快速发展，对换流站设备的功能规范、系统级协调控制及标准化工作提出了迫切需求。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年9月29日正式发布IECTS63291-1:2023《高压直流（HVDC）电网系统和连接换流站功能规范的指南和参数列表第1部分：指南》。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容和预期应用价值，分析了其在国际标准化体系中的定位及其与IEC60050系列术语标准、IEC60287电缆标准、IEC60700换流阀标准等既有标准体系的衔接关系，阐述了该标准对于统一HVDC电网系统功能规范框架、规范换流站核心参数指标体系、支撑多端直流与直流电网工程规划设计的重大意义。该标准的发布填补了IEC在HVDC电网系统级功能规范指南方面的标准空白，为全球直流电网工程的功能需求定义、技术方案比选和设备参数确定提供了权威的技术依据，对推动全球直流输电技术健康有序发展具有重要的引领作用。关键词：高压直流输电；直流电网；换流站；功能规范；国际电工委员会；技术规范；标准化Keywords:HVDCtransmission;DCgrid;converterstation;functionalspecification;IEC;technicalspecification;standardization1引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动能源结构绿色低碳转型的大背景下，可再生能源的大规模开发与高效利用已成为世界各国能源战略的核心内容。然而，风电、光伏等新能源资源分布与负荷中心往往呈现显著的空间错位特征——大型陆上风电基地、戈壁荒漠光伏基地多位于偏远地区，而电力负荷中心则集中于东部沿海和经济发达区域。这一天然的"源—荷"逆向分布格局，决定了远距离、大容量电力输送技术成为能源转型的关键支撑。高压直流（HighVoltageDirectCurrent,HVDC）输电技术以其输送容量大、输电距离远、线路损耗低、功率调节快速灵活、不增加短路容量等技术优势，在跨区域电网互联、远距离大容量输电、海底电缆送电及非同步电网互联等场景中得到了广泛应用。截至2023年底，全球已投运的HVDC输电工程超过200项，总输送容量超过300GW。中国作为全球直流输电技术应用规模最大的国家，已建成投运了多条±800kV特高压直流输电工程，并正在推进±1100kV昌吉—古泉特高压直流工程等标志性项目。近年来，随着可再生能源占比的持续提升和电网形态的不断演进，传统点对点（point-to-point）HVDC输电模式正逐步向多端直流（Multi-TerminalDC,MTDC）和直流电网（DCGrid）方向拓展。多端直流输电系统能够实现多个送端电源与多个受端负荷之间的灵活功率分配，直流电网则进一步实现了更高级别的网络化组网和冗余供电能力，被认为是未来超大规模可再生能源消纳和跨国跨洲电网互联的重要技术形态。欧洲已规划了覆盖北海海上风电集群的多端直流电网互联计划；中国正在建设张北柔性直流电网试验示范工程，该工程是世界上首个真正意义上的直流电网工程，包含四个换流站和±500kV双极直流输电线路。然而，HVDC电网系统相较于传统点对点直流输电系统，在系统拓扑结构、运行控制策略、故障保护机制、设备协调配合等方面均呈现出更为复杂的特性，其功能规范的制定——即系统应具备何种功能、各功能应达到何种性能指标、各设备应具有何种参数要求——亟需统一的技术指南作为依据。在此背景下，IECTS63291-1:2023的发布填补了该领域的标准空白。1.2标准立项的必要性当前，HVDC电网技术正处于从工程示范向规模化应用过渡的关键阶段。这一阶段面临的突出挑战之一，是功能规范制定的碎片化和差异化问题。不同项目业主、系统集成商和设备制造商在开展HVDC电网工程可行性研究和功能规范编制时，往往依据各自的项目经验或企业标准，缺乏统一、系统的技术框架作为指导。这导致了以下几个突出问题：第一，功能需求定义不统一。不同工程项目对HVDC电网系统应具备的基本功能、扩展功能和高级功能的界定存在较大差异，难以进行横向比较和方案优化。部分工程甚至出现功能定义过粗导致后期设计变更频繁、投资失控的情况。第二，参数指标体系不完备。换流站作为HVDC电网系统中的核心组成部分，其参数体系的完备性和一致性直接影响系统性能和设备之间的协调配合。然而，由于缺乏统一的参数列表标准化框架，各工程项目的换流站参数体系在深度、广度和粒度上参差不齐，给设备招标、系统集成和运行维护带来诸多不便。第三，国际经验共享不畅。HVDC电网作为新兴技术领域，各国在工程实践中所积累的经验教训需要通过标准化途径进行系统化和国际化共享。缺乏统一的规范指南，不仅增加了技术交流的成本，也制约了全球范围内HVDC电网技术的协同发展。第四，与既有标准体系衔接不足。HVDC电网系统的功能规范涉及系统设计、设备选型、保护控制、试验验收等多个环节，需要与IEC60050（国际电工词汇）、IEC60700（HVDC换流阀）、IEC60287（电缆载流量计算）、IEC60633（HVDC术语）等一系列相关标准形成有效衔接。而这一衔接框架的缺失，影响了标准体系的整体协调性。因此，制定一项专门针对HVDC电网系统和连接换流站功能规范的指南类标准，系统性地回答"HVDC电网系统需要定义哪些功能""如何组织功能规范框架""换流站应包含哪些关键参数"等基本问题，具有十分迫切的现实需求和深远的战略意义。2标准编制历程与工作过程2.1标准立项IECTS63291-1:2023由IEC第115技术委员会（IEC/TC115，高压直流输电技术委员会）负责制定。IEC/TC115成立于2009年，其工作范围涵盖高压直流输电系统及其部件的标准化工作，包括术语定义、系统设计导则、设备技术要求和试验方法等。随着直流电网技术在全球范围内的加速发展，IEC/TC115在2018年前后启动了关于HVDC电网系统标准化需求的前期研究工作。在充分调研市场需求和技术发展趋势的基础上，IEC/TC115于2020年正式提出制定IECTS63291-1的立项建议，旨在为HVDC电网系统和连接换流站的功能规范制定提供指南和参数列表框架。该立项建议经IEC成员国投票表决通过后，正式纳入IEC/TC115的工作计划。2.2编制过程标准编制工作由IEC/TC115下属的专项工作组具体负责，来自中国、德国、瑞典、英国、日本、美国等主要HVDC技术国家的专家深度参与了起草工作。编制过程主要分为以下几个阶段：WD阶段（工作草案）：工作组在收集和分析全球已建和在建的HVDC电网和多端直流工程（包括中国张北柔性直流电网工程、欧洲北海海上风电多端互联工程、美国TresAmigas工程等）的功能规范文件和技术报告的基础上，搭建了标准框架的初始版本，明确了标准的结构体系、核心术语和主要内容范围。CD阶段（委员会草案）：工作组在WD稿基础上，广泛征询各成员国国家委员会的反馈意见，对标准的技术内容进行了系统性完善和细化。各方专家围绕HVDC电网系统的功能分类方法、换流站参数指标体系的结构框架、以及各参数的定义和单位等核心问题展开了深入讨论。DIS阶段（国际标准草案）：标准草案经IEC/TC115秘书处审核后提交各成员国进行投票。投票期间，工作组收到来自多个国家的修改意见和建议，涵盖术语定义精确化、参数列表的完整性完善、与相关标准的协调性等具体事项。FDIS阶段（最终国际标准草案）：在综合各方意见的基础上，工作组形成了最终国际标准草案，经各成员国最终投票通过后，于2023年9月29日正式发布。2.3关键议题研讨在标准编制过程中，围绕以下几个关键技术议题，各国专家进行了深入研讨：议题一：功能规范的框架结构。专家们就HVDC电网系统功能规范的总体框架和分类体系进行了充分讨论。有专家建议按照"系统级—换流站级—设备级"三个层次构建功能规范框架，以体现不同层级之间的逻辑关系和从属关系；也有专家建议按照"基本功能—协调功能—辅助功能"的功能逻辑进行分类。经过多轮讨论和权衡，最终确定了以系统功能维度为主线、兼顾层级关系和组织维度的多维框架体系。议题二：换流站参数列表的粒度和深度。换流站参数列表作为IECTS63291-1:2023的核心技术内容之一，其参数分类方式、涵盖范围和详细程度是讨论的焦点。工作组最终确定了一套涵盖电气参数、运行参数、保护参数、控制参数、通信参数等维度的系统化参数框架，具体参数明细则在IECTS63291-2（参数列表）中作为独立部分另行规定，本部分（Part1）侧重于提供指南性指导。议题三：与IEC既有标准的关系协调。鉴于HVDC领域已有IEC60050系列术语标准、IEC60633（HVDC输电术语）、IEC60700系列（换流阀）、IEC60287系列（电力电缆）等已有标准，如何做好标准间的边界划分和衔接关系，是编制工作中的一项重点议题。工作组通过对照分析各相关标准的适用范围和技术内容，明确了本标准的定位和边界条件，确保与本标准与既有标准形成互补而非重复的关系。3标准主要内容3.1标准范围与定位IECTS63291-1:2023属于IEC技术规范（TechnicalSpecification）类文件，其标准类型定位较为特殊。IEC技术规范通常在以下情境下使用：当某技术领域仍处于快速发展阶段，标准化对象的技术内容尚未完全成熟，或当市场对该领域的标准化需求较为迫切，但又缺乏足够经验以形成完整的国际标准时，可以通过技术规范的形式快速发布，为行业提供即时的技术指导和规范参考。发布后经过一段时间的使用和验证，可以根据技术发展情况修订转换为正式的国际标准（IS）或成为完整系列标准中的固定组成部分。本标准作为IECTS63291系列的第1部分，系统性地为HVDC电网系统和连接换流站的功能规范编制提供了指南性的指导文件。标准适用范围涵盖以下对象：-HVDC电网系统：包含两个及以上换流站，通过直流线路和/或直流电缆以网络化拓扑互连的直流输电系统，可包含DC/DC变换器以实现不同电压等级直流系统的互联；-连接换流站：接入HVDC电网的换流站，包括采用电压源型换流器（VSC）技术的换流站和采用电网换相换流器（LCC）技术的换流站，以及具备有功功率双向传输、无功功率灵活调节等多功能特性的先进换流站；-相关的辅助系统和设备：包括直流断路器、直流隔离开关、DC/DC变换器、直流潮流控制器等直流电网关键装备。3.2规范体系总体框架IECTS63291-1:2023标准在内容上构建了一套较为完整的功能规范体系框架，总体来说涉及以下内容维度：系统功能维度：定义了HVDC电网系统层面应关注的各项功能特征，包括但不限于系统拓扑结构的可选方案、功率输送与分配能力、系统可用率与可靠性指标、故障穿越与恢复能力、黑启动能力、系统级协调控制功能、以及多电源多落点场景下的系统稳定性等。换流站参数体系框架：指导换流站功能规范中的参数指标体系框架的建立，涵盖设计参数（额定电压、额定电流、额定功率等）、运行参数（运行电压范围、过载能力、功率调节速率等）、性能指标（损耗、谐波性能、动态响应特性等）、环境条件参数（温度、湿度、海拔、地震等）、以及接口参数（交流系统接口参数、直流侧接口参数、通信接口参数等）。指南性技术内容：标准在系统设计层面提供了技术指南性质的内容指导，包括HVDC电网系统的典型拓扑结构及其适用场景分析、换流站的典型配置方案、关键设备选型的考量因素、保护与控制系统的配置原则等。这些指南性内容为功能规范的编制提供了重要的技术参考。3.3关键技术要素说明标准所涉及的关键技术要素可归纳为以下几个方面：系统架构与拓扑：HVDC电网系统可采用对称单极（symmetricmonopole）、不对称单极（asymmetricmonopole）和双极（bipole）等基本拓扑形式。标准指出了在多端和网络化应用中，对称单极基于金属回线或大地回线的拓扑方案的应用特性，以及双极拓扑在可靠性方面的优势等要点。同时，标准也关注了基于VSC技术的换流站所构成的直流电网中，直流故障的清除策略是采用直流断路器方案还是换流器自身故障自清除能力方案，这一选择对系统拓扑和设备配置均具有决定性影响。运行与控制：HVDC电网系统的运行控制是功能规范的重要组成部分。标准涉及了有功功率控制（包括定功率控制、定直流电压控制和下垂控制等策略）、无功功率与交流电压控制、频率支撑与惯量响应、以及多换流站之间的协调控制策略等内容。对于直流电网而言，直流电压的稳定性和功率分配的合理性是系统运行的核心问题，标准中对此类内容的指导性描述是功能规范编制中需要重点关注的内容。故障保护与恢复：区别于传统交流电网，直流电网的故障电流上升速率快、无自然过零点，其故障隔离和保护面临独特挑战。标准涉及了直流故障的检测方法、故障电流的限流措施、故障隔离策略（基于直流断路器或换流器自清除能力）、以及故障后的系统恢复与重启动功能等方面的功能性考虑。接口与互操作：HVDC电网系统涉及多类设备之间的接口协调，包括换流站与交流系统之间的接口（涉及无功补偿配置、谐波滤波、交流故障穿越等）、换流站与直流线路之间的接口、以及各换流站之间的系统级协调接口。标准的指南内容有助于确保不同制造商设备在多端系统中的互操作性。4标准与相关标准体系的关系4.1IEC/TC115标准体系中的定位IECTS63291-1:2023在IEC/TC115的标准体系中具有承上启下的关键地位。一方面，它具有体系框架类标准的特点，为其他各项具体标准的制定提供了总体性的功能规范框架；另一方面，它又具有一定的独立使用价值，可以直接作为工程实际和项目功能规范编制的指南。从标准体系的层次关系来看，IECTS63291-1主要与以下标准形成关联：-IEC60633（HVDC输电术语）：该标准为HVDC领域的基础术语标准，本标准在编制过程中严格遵循其术语定义，确保与基础术语标准的一致性；-IEC60700系列（HVDC换流阀）：换流阀作为换流站的核心设备，其技术要求和试验方法在IEC60700系列中有明确规定，本标准中关于换流站参数体系中换流阀相关参数的设置和功能定位需与IEC60700系列的技术要求相协调；-IEC60287系列（电力电缆载流量计算）：直流电缆作为直流电网的"血管"，其载流量计算涉及热—电耦合等复杂因素，标准中涉及直流电缆相关参数的功能定义需与IEC60287系列的计算方法相衔接；-IEC60050系列（国际电工词汇）：作为整个IEC标准体系的基础性术语标准，为本标准提供了基础性的电工术语支撑；-IECTR62681（HVDC系统电磁暂态特性研究指南）：该技术报告涉及HVDC系统的暂态特性分析方法，与本站准中涉及的系统性能功能性描述形成了方法论与需求导向的互补关系。4.2与相关技术标准的协调关系IEC