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

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摘要随着全球能源转型的深入推进，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）输电技术凭借其在大容量、远距离输电及异步联网方面的显著优势，正逐步从传统的点对点输电模式向多端直流和直流电网方向演进。在此背景下，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》由国际电工委员会正式发布。本标准作为HVDC电网领域一项重要的技术规范，系统性地提出了直流电网系统及其连接换流站功能规范编制的指导性原则，明确了功能规范所需涵盖的关键技术参数分类体系与列表框架，为直流电网的规划、设计、建设和运行提供了统一的技术语言与规范依据。本报告从标准立项的背景与意义、编制过程、主要内容、关键技术要素及实施应用等方面对该项标准进行了全面解析，并就该标准对我国直流输电技术标准化工作的启示与未来发展趋势进行了展望。关键词：高压直流输电；直流电网；换流站；功能规范；技术参数；IEC标准；标准化Keywords:HVDCtransmission;DCgrid;converterstation;functionalspecification;technicalparameters;IECstandard;standardization一、引言1.1编制背景全球气候变化问题日益严峻，碳达峰、碳中和已成为世界主要经济体的共同行动目标。根据国际能源署（IEA）发布的《2023年世界能源展望》报告，到2030年全球可再生能源发电装机容量需达到现有水平的近三倍，方能满足净零排放路径的要求。在此背景下，大规模可再生能源的集中开发与跨区域消纳成为能源电力发展的核心命题。高压直流输电技术以其传输容量大、损耗低、控制灵活等优势，在远距离大容量输电、海底电缆送电、异步电网互联等场景中得到日益广泛的应用。然而，传统的点对点直流输电工程在拓扑结构上具有天然的局限性——当需要将多个能源基地、多个负荷中心以及多个换流站连接组成网络化的输电系统时，直流电网技术便成为必然选择。直流电网能够实现多电源供电、多落点受电的灵活组网，有效提升输电系统的可靠性与资源优化配置能力，被普遍认为是下一代输电技术的重要发展方向。近年来，欧洲、北美及亚洲多个国家和地区均在积极推动直流电网相关技术的研究与示范工程建设，张北柔性直流电网试验示范工程（世界首个直流电网工程）已于2020年在我国建成投运。1.2标准立项的必要性直流电网系统的规划设计比传统交流电网及点对点直流输电系统更为复杂，涉及多换流站协调控制、直流故障隔离与清除、直流断路器配置、功率潮流灵活调度、系统稳定性分析等一系列关键技术问题。针对直流电网项目的功能规范编制，不同国家和企业之间在技术路线、参数要求、接口定义等方面存在较大差异，缺乏统一的规范框架和参数标准，给跨国跨区域的设备采购、系统集成和运行维护带来了显著的技术壁垒和协调成本。国际电工委员会（IEC）作为全球最具权威性的国际电工标准化机构，其下属技术委员会IECTC115（高压直流输电标准化技术委员会）长期致力于HVDC领域国际标准的制定工作。IECTS63291-1:2023即是由IECTC115组织编写并发布的首部针对HVDC电网系统功能规范的系统性技术规范，旨在为直流电网工程的功能规范文件编制提供统一的指南和参数列表框架。二、标准编制过程与参与单位2.1编制历程IECTS63291-1:2023的编制工作始于2018年。在IECTC115第XX届全体会议上，由多个成员国代表提议成立专项工作组（WorkingGroup），负责开展HVDC电网系统功能规范标准化研究。工作组经多轮专家论证和广泛征求意见，系统梳理了全球直流电网工程实践经验和研究成果，于2021年形成委员会草案（CD稿），2022年形成最终国际标准草案（FDIS稿），最终于2023年9月29日正式发布。2.2标准参与单位该标准的制定汇聚了全球HVDC领域多家权威机构的专家学者。主要参与单位包括：-中国电力科学研究院有限公司：作为我国电力行业权威科研机构，长期从事直流输电关键技术研究与标准制定工作，在张北直流电网工程的建设运行中积累了丰富经验，为标准中直流电网系统架构、控制保护策略及参数体系等核心内容提供了重要技术支撑；-国家电网有限公司：作为全球最大的公用事业企业之一，主导建设了世界首个直流电网工程——张北柔性直流电网试验示范工程，在直流电网规划、设计、建设和运行方面拥有世界领先的工程实践；-ABB集团、西门子能源等国际知名电力设备制造商：在换流阀、直流断路器、变压器等关键设备设计与制造领域提供了装备技术参数建议；-欧洲输电系统运营商联盟（ENTSO-E）：结合欧洲SuperGrid研究计划，为多端直流网络协调运行和跨国互联技术需求提供了丰富经验；-其他IECTC115成员国（包括德国、英国、日本、韩国等）相关标准化机构和行业组织。三、标准主要内容解析3.1标准适用范围与定位IECTS63291-1:2023属于技术规范（TechnicalSpecification，TS）类文件，其定位是为HVDC电网系统及连接换流站的功能规范编制提供指导性文件和参数列表框架。需要特别说明的是，本标准不是一份设计规范或设备选型标准，而是一份功能层面的指导性文件，侧重回答“需要规定什么”以及“如何规定”的问题，而非“如何设计”或“如何制造”的问题。标准适用于以下范围的直流电网系统：-采用电压源型换流器（VSC）技术的多端直流输电系统及直流电网；-连接两个及以上换流站的直流网络拓扑结构；-基于架空线路、地下电缆或海底电缆的混合直流输电网络。3.2标准框架结构标准正文共分为9个章节和若干附录，整体框架如下：|章节|内容||------|------||第1章|范围||第2章|规范性引用文件||第3章|术语与定义||第4章|直流电网功能规范编制的一般性原则与流程||第5章|系统级功能规范：系统架构、运行模式、性能要求||第6章|换流站功能规范：主回路参数、控制保护、辅助系统||第7章|直流电网保护与故障管理功能要求||第8章|通信与接口功能要求||第9章|功能规范参数列表的编制方法||附录A|典型直流电网拓扑结构示例||附录B|换流站功能规范参数详细列表（推荐模板）||附录C|直流电网系统参数列表（推荐模板）|3.3关键技术与内容要点3.3.1系统级功能规范标准在第5章中对直流电网系统级功能规范提出了系统性的指导要求，核心内容包括：（1）系统拓扑结构定义。标准要求功能规范中应明确直流电网的基本拓扑结构，包括放射形、环形、网状及混合型拓扑，并对不同拓扑的技术经济特性进行分析比较。标准附录A提供了典型的直流电网拓扑结构示例，包括多端放射型结构、环网结构及网格状结构等，为工程项目初期方案论证提供了参考框架。（2）运行模式与工况定义。标准强调功能规范中需明确直流电网的各类运行模式，包括：正常稳态运行模式、计划检修运行模式、故障穿越运行模式、孤岛运行模式以及黑启动模式等。同时应明确不同运行模式之间的转换条件和转换时间要求。（3）功率输送能力与潮流控制要求。标准要求功能规范明确系统在不同运行方式下的功率输送能力、潮流反转能力、过负荷能力及持续运行时间等关键技术指标。对于直流电网而言，各换流站之间的功率协调分配策略和潮流灵活调节能力是功能规范的重要内容。（4）系统可用率与可靠性指标。标准建议在功能规范中定义系统的可用率目标、计划停运率、非计划停运率以及检修周期等可靠性指标，为后续设备选型和系统设计提供基础性约束。3.3.2换流站功能规范第6章是标准篇幅最大的章节，针对连接换流站的功能规范编制提出了详细的指导要求。其核心内容包括：（1）换流站主回路功能参数。标准列出了换流站主回路应规定的基本功能参数，包括：额定直流电压等级、额定直流电流、额定容量、直流侧过电压耐受水平、交流侧接入电压等级与短路容量等。标准强调这些参数需要在系统级潮流计算和机电暂态分析的基础上合理确定。（2）换流器类型与拓扑选择。标准要求在功能规范中明确换流器所采用的技术路线（如两电平VSC、模块化多电平换流器MMC等），并对不同换流器类型的适用场景和性能特征进行了比较分析。值得注意的是，标准将MMC技术作为当前直流电网工程的首选技术路线进行了重点阐述。（3）控制与保护系统功能要求。标准详细列出了换流站控制保护系统需要实现的功能要求，包括：有功功率控制、无功功率控制与交流电压调节、直流电压控制、频率支撑（虚拟同步机功能）、换流站启停控制、故障穿越控制等。同时，标准强调了多换流站协调控制策略在直流电网运行中的核心地位。（4）辅助系统功能规范。标准还涵盖了换流站辅助系统的功能要求，包括站用电系统、冷却系统（水冷/风冷）、消防系统、暖通系统等，但需要指出的是，标准对辅助系统的要求仅限于功能层面，具体设计参数需由工程设计阶段确定。3.3.3直流电网保护与故障管理直流电网保护是区别于传统交流电网和点对点直流输电系统的核心技术挑战之一。标准在第7章中对直流电网保护系统的功能规范给予了重点关注：（1）直流故障检测与定位。标准要求功能规范中明确直流线路故障的检测方法、故障定位精度要求、故障检测时间要求等关键技术指标。由于直流故障电流上升速率极快，标准特别强调了故障检测的快速性要求（通常在毫秒级时间尺度内完成检测判断）。（2）直流故障隔离与清除策略。标准对直流故障清除的技术路线进行了系统梳理，包括基于直流断路器（DCCB）的故障清除方案、基于换流器自身故障穿越能力的故障清除方案（利用换流器快速闭锁和直流侧故障自清除能力）以及两者结合的混合方案，并建议功能规范中应明确所采用的故障清除技术路线及其关键性能参数要求。（3）保护分区与保护配合。标准要求功能规范中明确直流电网的保护分区划分原则、各保护区域之间的配合关系以及保护装置的冗余配置要求，确保保护系统整体满足可靠性、选择性、速动性和灵敏性的“四性”要求。3.3.4通信与接口功能要求第8章针对直流电网系统的通信架构和信息接口提出了功能规范要求，包括：-换流站之间的站间通信方式、通信协议、通信时延和带宽要求；-换流站与调度中心之间的远动通信功能要求；-直流电网保护系统所需的专用通信通道的可靠性要求；-与交流电网EMS系统之间的信息交互接口要求。标准建议直流电网的站间通信应优先采用光纤通信方式，并对通信通道的冗余度和故障切换时间提出明确要求。3.4功能规范参数列表标准第9章及附录B、附录C提供的功能规范参数列表是本标准最具实用价值的内容之一。参数列表将功能规范中所涉及的全部参数进行了系统化分类和逐项列举，形成了一套可用于实际项目编制的完整模板。参数列表按照以下层级进行组织：第一层级：系统级参数。包括直流电网额定电压、额定容量、拓扑结构、运行模式、可靠性能指标等。第二层级：换流站级参数。包括各换流站的额定功率、电压等级、控制模式、调节范围、损耗指标、可用率等。第三层级：设备级参数。包括换流阀、换流变压器、直流电抗器、直流断路器、直流隔离开关等主要设备的核心功能参数。第四层级：辅助系统与接口参数。包括站用电、冷却、通信、保护等各子系统的关键参数。每一层级均给出了推荐参数项、单位、填写说明及注意事项，具有极高的实操参考价值。四、标准的创新性与技术特点4.1填补国际标准空白IECTS63291-1:2023是国际电工委员会发布的第一部针对HVDC电网功能规范的系统性标准化文件。此前，IEC已发布的HVDC相关标准主要集中于点对点直流输电系统或换流站设备的性能要求和试验方法，而在直流电网功能规范层面始终缺乏统一的国际标准。本标准的发布填补了这一领域的国际标准空白，为全球直流电网工程的功能规范编制提供了统一的技术参照体系。4.2功能导向的编制理念与传统的“设计导向型”标准不同，本标准采用了功能导向的编制理念，其核心观点是：功能规范应当回答“系统需要具备什么功能、满足什么性能要求”的问题，而不应过度限定技术方案和具体实现方式。这一理念的技术路线有利于在标准框架下容纳多种技术方案，为技术创新留有充分空间，同时保障不同制造商设备之间的互操作性和可替换性。4.3参数体系的开放性与可扩展性标准所建立的参数列表框架具有良好的开放性和可扩展性，既能适应当前直流电网工程的实际需求，也为将来新功能、新技术的纳入预留了接口。标准明确说明，参数列表并非强制性清单，各项目可根据实际工程特点进行增删和调整，这体现了标准化文件引领技术发展而非制约技术发展的编制原则。4.4工程实践的深度融入标准编制过程中充分吸收了全球多项直流电网和柔性直流工程的实际经验。特别是我国张北直流电网工程作为世界首个直流电网示范工程的建设运行经验，以及欧洲在海上风电直流汇集送出领域的研究成果，均被系统性地提炼并融入标准的相关条款。这使得标准在理论先进性与工程实用性之间取得了良好平衡。五、标准实施与影响分析5.1对直流电网工程建设的指导意义IECTS63291-1:2023为直流电网工程的功能规范编制提供了标准的文件框架和参数体系，将有效提升功能规范编制的规范化水平和文件质量。在实际工程中，项目业主和咨询设计单位可依据本标准系统性地完成功能规范的编制工作，避免因个人经验差异导致的技术要求遗漏或不统一问题，同时为后续招投标过程中的技术评审提供标准化的比对基准。5.2对设备制造与系统集成的影响标准中换流站功能规范参数列表为设备制造商提供了清晰的技术需求输入框架，使得制造商可以更准确地理解和响应项目的技术要求。同时，统一的参数体系和接口定义将减少不同制造商设备之间的兼容性问题，有利于培育健康的产业生态，降低整个产业链的系统成本。5.3对直流电网国际标准体系的完善本标准的发布是IECTC115直流电网标准体系建设的重要里程碑。该标准与IEC其他HVDC标准共同构建了覆盖系统规划、功能规范、设备要求、试验方法、运行维护等全生命周期的标准体系。据悉，IECTC115正在推进IECTS63291-2（参数列表）等后续标准的制定工作，将进一步细化和充实直流电网功能规范的标准内容。六、我国参与情况与对策建议6.1我国参与标准制定的基本情况我国在IECTS63291-1:2023的制定过程中发挥了重要作用。来自中国电力科学研究院、国家电网有限公司等单位的专家深度参与了标准草案的研讨和编制工作。特别是在直流电网系统架构设计、多端协调控制策略、直流故障保护技术路线等关键领域，我国专家基于张北直流电网工程等重大工程的实践经验提出的多项技术建议被标准采纳。6.2对我国直流输电标准化工作的启示（1）加快我国直流电网标准体系建设。以IECTS63291-1:2023为参照，加快制定我国直流电网功能规范编制指南和参数标准，建立与IEC标准协调一致又符合我国工程实际的标准体系。