IEC 619542021 静态无功补偿器（SVC）.晶闸管阀的试验标准立项发展报告

静态无功补偿器（SVC）晶闸管阀的试验标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:StaticVARCompensators(SVC)-TestingofThyristorValves摘要随着全球能源转型战略的深入推进和电力系统规模的持续扩大，电能质量问题日益受到关注。静态无功补偿器（StaticVARCompensator，SVC）作为柔性交流输电系统中的核心装置，在维持电力系统电压稳定性、改善功率因数、抑制系统振荡等方面发挥着不可替代的作用。晶闸管阀作为SVC的关键执行部件，其运行可靠性和性能指标直接关系到整个补偿装置乃至电力系统的安全稳定运行。为规范晶闸管阀的试验方法与验收标准，国际电工委员会（IEC）制定并发布了IEC61954:2021《静态无功补偿器（SVC）—晶闸管阀的试验》标准。本报告围绕IEC61954:2021标准，系统梳理了该标准的修订背景、技术内容和主要变化。该标准规定了SVC中晶闸管阀的型式试验、出厂试验和现场试验的要求与方法，涵盖绝缘试验、运行性能试验、冷却系统试验及电磁兼容试验等多个方面。与前一版本相比，2021版标准充分吸纳了近年来高压大功率电力电子技术的发展成果，更新了试验要求与判据标准，提升了标准的技术先进性和适用性。本报告还对该标准的国内外应用现状进行了分析，阐述了其对我国SVC设备制造业和电力行业发展的指导意义，并提出了未来标准完善方向的建议。关键词：静态无功补偿器；晶闸管阀；试验标准；IEC61954；电能质量；柔性交流输电；型式试验AbstractWiththedeepeningoftheglobalenergytransitionstrategyandthecontinuousexpansionofpowersystemscale,powerqualityissueshaveattractedincreasingattention.AsthecoredeviceinFlexibleACTransmissionSystems(FACTS),StaticVARCompensator(SVC)playsanirreplaceableroleinmaintainingsystemvoltagestability,improvingpowerfactor,anddampingsystemoscillations.AsthekeyexecutivecomponentofSVC,thethyristorvalve'soperationalreliabilityandperformancedirectlyaffectthesafeandstableoperationoftheentirecompensationdeviceandeventhepowersystem.Tostandardizethetestingmethodsandacceptancecriteriaforthyristorvalves,theInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)hasdevelopedandpublishedthestandardIEC61954:2021"StaticVARCompensators(SVC)-Testingofthyristorvalves."Thisreportsystematicallyreviewstherevisionbackground,technicalcontent,andmajorchangesoftheIEC61954:2021standard.Thestandardspecifiestherequirementsandmethodsfortypetests,routinetests,andfieldtestsofthyristorvalvesinSVC,coveringinsulationtests,operationalperformancetests,coolingsystemtests,andelectromagneticcompatibilitytests.Comparedwiththepreviousversion,the2021editionfullyincorporatesthedevelopmentachievementsinhigh-voltageandhigh-powerpowerelectronicstechnology,updatestestrequirementsandacceptancecriteria,andenhancesthetechnicaladvancementandapplicabilityofthestandard.Thisreportalsoanalyzestheapplicationstatusofthestandardbothdomesticallyandinternationally,elaboratesitsguidingsignificanceforChina'sSVCequipmentmanufacturingindustryandpowersectordevelopment,andproposessuggestionsforfuturestandardimprovement.Keywords:StaticVARCompensator;ThyristorValve;TestingStandard;IEC61954;PowerQuality;FlexibleACTransmission;TypeTest一、引言1.1研究背景电力系统是现代社会的能源动脉，其安全稳定运行直接关系到国民经济发展和社会生活秩序。随着我国“碳达峰、碳中和”战略目标的提出，新能源发电占比持续攀升，风电、光伏等间歇性电源的大规模并网给电力系统的电压稳定和电能质量带来了前所未有的挑战。在此背景下，快速、可靠的无功补偿技术成为保障电力系统安全经济运行的关键手段。静态无功补偿器（SVC）自20世纪70年代投入工业应用以来，经过半个多世纪的发展，已成为技术最成熟、应用最广泛的柔性交流输电装置之一。据统计，截至2023年底，全球范围内已投运的SVC工程超过1000套，总补偿容量超过100Gvar。我国自20世纪80年代开始引进SVC技术，经过消化吸收和自主创新，目前已形成完整的SVC设备研发、制造和应用产业链，在特高压输电、新能源并网、电气化铁路等众多领域取得了广泛应用。晶闸管阀是SVC的核心执行单元，由大量晶闸管级（thyristorlevel）串联或并联组成，承担着快速调节无功功率的关键功能。由于其工作在高电压、大电流、强瞬变环境下，晶闸管阀的设计、制造和试验验证均具有极高技术要求。一套科学、完善的试验标准，既是设备质量的“生命线”，也是技术进步的“催化剂”。1.2标准基本信息IEC61954:2021《静态无功补偿器（SVC）—晶闸管阀的试验》由国际电工委员会第22技术委员会（IEC/TC22“电力电子系统与设备”）下属第22F分技术委员会（SC22F“输配电系统电力电子设备”）归口制定，于2021年10月4日正式发布。该标准替代了IEC61954:2013版本，是当前SVC晶闸管阀试验领域最具权威性的国际标准。标准正文以英语和法语两种语言出版，适用于所有电压等级和容量的SVC晶闸管阀，兼顾了传统电网换相与新型自换相拓扑结构的技术需求。二、标准编制背景与修订历程2.1国际标准制定背景IEC61954标准的制定工作始于20世纪90年代末期。随着SVC技术在高压直流输电（HVDC）、静止同步补偿器（STATCOM）等领域的深入应用，国际社会对晶闸管阀试验方法的统一化需求日益迫切。1999年，IEC/TC22F首次发布IEC61954-1999版本，确立了SVC晶闸管阀试验的基本框架。此后，该标准经历了多次修订：2004年进行了第一次技术修订，主要补充了关于阀基电子设备（VBE）的试验内容；2013年进行了第二次全面修订，引入了基于IEC60071系列绝缘配合标准的新要求；2021年版本则是在全球能源转型加速、电力电子技术快速迭代的背景下完成的最新修订。2.22021版修订动因与目标IEC61954:2021版的修订主要基于以下动因：第一，技术发展的推动。过去十年间，宽禁带半导体器件（如碳化硅、氮化镓器件）的实用化进程加快，新型压装式晶闸管和集成门极换流晶闸管（IGCT）在SVC领域得到越来越广泛的应用。这些新型器件在开关特性、损耗特性、可靠性与寿命特性方面与传统晶闸管存在显著差异，原有试验方法已不能完全覆盖其技术验证需求。第二，电网发展需求的变化。高比例可再生能源并网导致系统电压波动加剧，对SVC的动态响应速度、过载能力及故障穿越能力提出了更高要求。与此同时，特高压输电和柔性直流输电的发展，使得SVC晶闸管阀面临的电压应力、电流应力和热应力工况更加严苛。现行标准需要更新试验条件和技术指标，确保试验结果能够真实反映设备在实际电网中的运行表现。第三，国际标准化协调的需要。近年来，IEC/TC22F在推进与IEEE、CIGRE等国际组织标准的协调方面做了大量工作。此次修订也旨在使IEC61954与IEC62501（VSC阀试验）、IEC60700-1（HVDC晶闸管阀试验）等相关标准在术语定义、试验方法和判据方面保持一致性，以利于全球范围内的技术交流和贸易便利化。三、标准主要内容3.1标准适用范围与术语定义IEC61954:2021适用于SVC中晶闸管阀的全部试验活动，包括型式试验（typetests）、出厂试验（routinetests）和现场试验（fieldtests）。标准定义的“晶闸管阀”涵盖构成SVC阀门的全部组件，包括晶闸管级、阻尼回路、均压回路、触发单元（含阀基电子设备）、冷却系统接口及所有相关的辅助电路。2021版标准进一步明确了以下关键术语的定义：-“阀段”（valvesection）：晶闸管阀中可独立进行电气试验的最小单元；-“恢复期”（recoveryperiod）：晶闸管阀关断后承受反向电压的时间间隔；-“最大持续运行电压”（maximumcontinuousoperatingvoltage）：阀在规定运行条件下可承受的最高电压有效值；-“故障电流耐受”（faultcurrentwithstand）：阀在规定的故障条件下不产生永久性损坏的最大电流应力承受能力。3.2型式试验要求型式试验是验证晶闸管阀设计是否满足标准要求的关键环节，其目的不仅是验证设计裕度和安全可靠性，还包括确认制造工艺的一致性和可重复性，原则上应在一个完整的阀段或等效模型上进行。2021版标准规定的型式试验项目主要包括：（2）运行性能试验。包括最大持续运行电流试验、过载电流试验、短路电流耐受试验、恢复期电压试验（含反向恢复期瞬态电压试验）和损耗测量试验。2021版标准对运行性能试验的改进尤为突出，增加了对阀在低电压大电流工况（对应电网低电压故障穿越场景）下的性能验证要求，包括动态无功响应时间、暂态电流均流特性等具体的量化指标。（3）冷却系统试验。包括冷却系统密封性试验、冷却能力验证试验以及冷却系统故障模拟试验。对于采用水冷却的晶闸管阀，标准特别规定了去离子水电导率的监控要求和水路均流验证试验，确保冷却系统在所有运行工况下均能维持阀内各晶闸管级温度的均匀性。（4）电磁兼容试验。包含传导发射和辐射发射测量、抗扰度试验等内容。2021版标准加强了对阀基电子设备（VBE）在电磁干扰环境下可靠工作的验证要求，补充了针对快速瞬变脉冲群、浪涌和射频电磁场等电磁现象的试验等级和验收准则。3.3出厂试验与现场试验出厂试验针对每一套交付的晶闸管阀进行，以验证制造质量的一致性。标准规定的出厂试验项目包括外观检查、触发导通功能验证、均压特性测试、冷却回路密封性试验及辅助电源功能试验等。2021版标准增加了对光纤触发回路的光功率裕度测试要求，确保光纤链路在实际运行寿命内具有足够的衰减裕度。现场试验则涵盖了阀的安装质量检查、分系统调试和整套SVC联合运行试验。2021版标准进一步明确了现场试验与交接验收的衔接程序，增加了对阀冷却系统水质和流量的现场复测要求，并对投运前的“空载加压试验”和“人工短路试验”提出了更为具体的实施规范。3.4与2013版相比的主要技术变化IEC61954:2021相较于IEC61954:2013，技术变化主要体现在以下方面：1.测试电压修正：根据实际工程运行经验，对雷电冲击和操作冲击试验电压的计算方法进行了修正，提高了试验电压取值的合理性和准确性；2.新增恢复期电压试验：针对现代SVC阀实际承受的重复电压应力，增加了恢复期电压试验的统一步骤和验收判据，避免了此前各制造商试验方法不一的问题；3.细化故障电流试验要求：对故障电流的幅值、持续时间和试验次数进行了调整，新增了故障电流试验后的阀完整性评价标准；4.强化冷却系统试验：对冷却系统的电导率、流量和温度等参数测试方法进行了完善；5.充实电磁兼容内容：补充了针对智能电网环境下电磁环境日益复杂的抗扰度试验要求；6.明确试验报告格式：规定了试验报告应包含的信息项目和记录格式，提高了试验结果的可比性和可追溯性。四、标准的主要参与单位4.1归口技术委员会概况IEC/TC22“电力电子系统与设备”技术委员会是IEC中负责电力电子领域标准制定的核心机构，其下设的SC22F分技术委员会（“输配电系统电力电子设备”）直接承担了IEC61954的制修订工作。SC22F汇集了来自全球各主要电力设备制造商、电力公司、科研机构和检测认证机构的顶尖专家。SC22F的秘书处最初由瑞士承担，2018年起转由日本国家委员会接任。历任主席和秘书为推动SC22F各项工作作出了卓越贡献。截至目前，SC22F现行有效标准约15项，涵盖HVDC换流阀、SVC阀、VSC阀、有源滤波器等各类输配电电力电子设备。SC22F与CIGRE（国际大电网会议）B4专委会、IEEE输电与配电委员会等保持着密切的技术合作。4.2中国代表的参与中国是IEC/TC22/SC22F的重要参与方。中国国家委员会（SAC）派出专家长期参加该分委会的工作组会议和技术研讨，在IEC61954:2021的修订过程中，来自中国电力科学研究院有限公司、全球能源互联网研究院有限公司、许继集团有限公司、南京南瑞继保电气有限公司等单位的技术专家积极参与了多项关键技术议题的讨论，特别是在冷却系统试验、复合电压绝缘试验等方面贡献了中国工程实践中的宝贵经验和技术方案。4.3标准编制的主要技术支持单位——以中国电力科学研究院为例在中国参与IEC61954相关工作的各机构中，中国电力科学研究院有限公司（以下简称“中国电科院”）是最具代表性的技术支撑单位。中国电科院成立于1951年，是国家电网有限公司直属的综合性科研机构，长期致力于电力系统规划、运行控制、设备检测和标准化研究，是我国电力行业标准化的核心研究力量。在IEC61954标准的制修订过程中，中国电科院承担了多项关键技术支撑工作：（1）试验方法验证。依托其国家电网仿真中心和大功率电力电子试验平台，中国电科院对标准草案中提出的新型试验方法进行了系统的验证试验。例如，针对复合电压试验方法的可行性，研究团队搭建了与实际SVC阀等比例缩小的试验模型，积累了大量的试验数据和工程经验，为标准技术条款的确定提供了翔实的数据支撑。（2）技术提案提交。中国电科院专家在冷却系统水质监控、阀段试验边界条件等方面提出了多项技术提案，其中关于去离子水冷却系统电导率在线监测方法的提案获得工作组采纳，被纳入标准正式文本，填补了国际标准在该领域的空白。五、结论与展望IEC61954:2021《静态无功补偿器（SVC）—晶闸管阀的试验》的发布与实施，为全球SVC晶闸管阀的试验验证提供了统一、科学、先进的技术依据。该标准充分反映了当前电力电子技术和电网发展对SVC设备的新要求，在试验方法科学性和技术指标先进性方面均达到了新的高度。对我国而言，IEC61954:2021的实施具有重要的现实意义：一方面，它为国内SVC制造企业的产品出口和国际竞争力提升提供了技术支撑；另一方面，通过对比国际标准与国内标准（如GB/T26216系列）的差异，推动我国标准体系的持续优化和改进。近年来，在国家标准化管理委员会的统一部署下，各相关标准化技术委员会正在积极推动IEC61954在国内的转化应用，拟通过修订或整合的方式将国际先进技术要求纳入国家标准体系。展望未来，随着新型电力系统建设的深入推进和电力电子技术的持续革新，SVC晶闸管阀试验标准将面临新的发展需求：一是在高比例新能源接入背景下，SVC阀的暂态性能和宽频适应性需要更多验证手段的支撑；二是碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体器件的工程应用将为阀的设计带来革命性变化，相应的试验要求需要持续推进；三是数字化、智能化检测技术的发展，将为标准实施提供更加高效、精确的技术手段。在此背景下，中国标准化工作者和电力电子技术专家应当积极作为，深度参与国际标准制定，在国际标准化舞台上贡献更多中国方案和工程实践，推动全球SVC及柔性交流输电技术的持续进步。参考文献[1]IEC61954:2021,StaticVARcompensators(SVC)—Testingofthyristorvalves[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[2]IEC61954:2013,StaticVARcompensators(SVC)—Testingofthyristorval