IEC 62751-12014AMD22022 修改件2.高压直流（HVDC）系统用电压源换流器（VSC）阀的功率损耗.第1部分一般要求标准立项发展报告

修改件2.高压直流（HVDC）系统用电压源换流器（VSC）阀的功率损耗第1部分：一般要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Amendment2-PowerLossesinVoltageSourcedConverter(VSC)ValvesforHigh-VoltageDirectCurrent(HVDC)Systems-Part1:GeneralRequirements摘要随着全球能源转型进程的加速推进，高压直流（HVDC）输电技术凭借其在远距离、大容量电能传输及可再生能源并网领域的显著优势，已成为现代电力系统不可或缺的核心组成部分。电压源换流器（VSC）作为HVDC系统的关键技术装备，其功率损耗特性直接影响系统运行效率、设备选型与经济性评估。国际电工委员会（IEC）于2022年3月正式发布IEC62751-1:2014/AMD2:2022《修改件2.高压直流（HVDC）系统用电压源换流器（VSC）阀的功率损耗第1部分：一般要求》，该标准针对VSC阀功率损耗的通用计算方法与技术要求进行了系统修订与完善。本报告全面梳理该标准的立项背景、技术内容、修订要点与应用价值，分析其在全球能源电力行业中的重要意义，并对标准参与单位及未来发展趋势进行深入探讨。该标准的发布实施，为全球HVDC工程中VSC阀的功率损耗计算提供了统一、科学、可操作的技术依据，对推动高压直流输电技术标准化进程、提升换流装备设计制造水平具有重要的指导意义。关键词：高压直流输电；电压源换流器；功率损耗；IEC标准；国际电工委员会；技术标准化一、引言1.1研究背景在全球应对气候变化与推动能源结构转型的大背景下，可再生能源的大规模开发利用对电力传输技术提出了更高要求。高压直流（HVDC）输电系统以其低损耗、大容量、长距离传输的突出优势，在跨国电网互联、远距离清洁能源外送、海上风电送出及城市电网增容改造等领域得到广泛应用。据国际能源署（IEA）统计，全球在建及规划中的HVDC输电工程规模持续扩大，预计到2030年全球HVDC装机容量将实现翻番增长。在各类HVDC输电技术路线中，基于电压源换流器（VoltageSourcedConverter，VSC）的柔性直流输电技术因其具备独立调节有功功率和无功功率、可向无源网络供电、动态响应速度快等技术特点，已逐步成为新建HVDC工程的主流选择。截至2024年底，全球已投运及在建的VSC-HVDC工程已超过60项，工程容量从早期的数十兆瓦发展到目前的数千兆瓦级别。1.2功率损耗问题的技术重要性VSC阀作为换流站的核心设备，由大量功率半导体器件（IGBT/IGCT）、电容器、电抗器及冷却系统等组成，其在运行过程中产生的功率损耗直接影响整个换流站的运行效率和经济效益。VSC阀的功率损耗主要包括通态损耗、开关损耗、驱动损耗及辅助系统损耗等，其准确计算对于以下方面具有决定性意义：-系统效率评估：功率损耗直接决定换流站的运行效率，影响工程的经济性指标；-冷却系统设计：损耗产生的热量决定了冷却系统的容量和配置方案；-设备选型与优化：准确的损耗计算是换流阀功率器件选型和参数优化的重要依据；-运行费用测算：损耗水平直接关系电能的长期运营成本和投资回收周期；-技术方案比选：不同换流器拓扑和技术路线的损耗特性比较是技术决策的关键依据。1.3标准立项的必要性尽管IEC62751-1:2014已为VSC阀的功率损耗计算提供了基础性框架，但随着技术的发展和工程实践的积累，该标准在以下方面亟需修订完善：新型功率半导体器件（如SiC器件）的应用、模块化多电平换流器（MMC）拓扑的广泛推广、更高电压等级的工程需求以及损耗计算方法精细化程度提升等。在此背景下，IEC/SC22F（输配电系统电力电子设备分技术委员会）适时启动了该标准的修订工作，最终形成了IEC62751-1:2014/AMD2:2022。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IEC62751-1:2014/AMD2:2022||标准名称|修改件2.高压直流（HVDC）系统用电压源换流器（VSC）阀的功率损耗第1部分：一般要求||英文名称|Amendment2-Powerlossesinvoltagesourcedconverter(VSC)valvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systems-Part1:Generalrequirements||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||分类号|其他有关输电网和配电网的设备||发布日期|2022年3月16日||发布年份|2022年||国别|国际组织||语言|英语+法语|2.2标准体系定位IEC62751-1属于IEC62751标准系列的第1部分，该系列标准由IEC/SC22F（输配电系统电力电子设备分技术委员会）归口管理，与IEC62501（VSC阀电气试验）、IEC60700（HVDC晶闸管阀）等标准共同构成了HVDC换流阀的标准体系。其中，IEC62751-1规定了VSC阀功率损耗计算的一般要求和通用方法，为该系列标准的基础性文件。2.3本次修订的主要内容作为该标准的第二项修改件（AMD2），本次修订主要针对以下技术内容进行了更新和补充：-扩展适用范围：进一步明确了标准对更高电压等级、更大容量VSC阀的适用性；-更新损耗计算方法：针对模块化多电平换流器拓扑的广泛应用，补充了相应的损耗计算细节和修正系数；-完善器件损耗模型：纳入了新型功率半导体器件（如SiCMOSFET）的损耗特性建模方法；-补充辅助系统损耗：细化了阀冷却系统、均压电路、驱动电路等辅助部分的损耗计算要求；-增加验证条款：补充了损耗计算结果与型式试验及运行数据对比验证的方法和要求。三、标准技术内容分析3.1VSC阀功率损耗的构成根据IEC62751-1的规定，VSC阀的功率损耗主要包含以下几个组成部分：（1）功率半导体器件损耗功率半导体器件损耗是VSC阀损耗的最主要组成部分，包括：-通态损耗：器件导通状态下的静态损耗，与导通压降和通态电流有关；-开关损耗：器件开通和关断过程中的动态损耗，包括开通损耗（Eon）、关断损耗（Eoff）及反向恢复损耗（Erec）；-断态损耗：器件处于阻断状态时的漏电流产生的微小损耗。（2）阻尼与缓冲电路损耗与功率器件并联的阻容吸收电路（SnubberCircuit）在开关过程中的充放电产生的损耗，以及器件关断后的电压不均压引起的附加损耗。（3）电抗器损耗换流器桥臂电抗器在交流电流和直流电流共同作用下产生的铜耗、铁耗及涡流损耗。（4）辅助系统损耗包括阀基电子设备（VBE）、晶闸管触发单元、水冷系统的循环泵、均压电阻以及其它辅助电源设备产生的损耗。3.2损耗计算方法的演进本次修订对损耗计算方法提出了更高的精细化要求：-时域仿真法：基于电磁暂态仿真软件建立详细的换流器模型，精确计算各功率器件在完整工频周期内的瞬时损耗，再进行积分平均得到平均损耗。该方法计算精度高，但建模复杂、仿真时间长。-解析计算法：基于换流器的运行原理和调制策略，推导出各损耗分量的解析表达式。该方法物理概念清晰、计算速度快，适用于工程设计阶段的初步估算和方案比选。-实测验证法：通过在换流阀型式试验中直接测量输入输出功率差，或在运行现场利用能量计量系统反推阀损耗，验证和改进理论计算结果。本次修订特别增加了实测验证与计算结果的允许偏差要求，进一步增强了标准的可操作性和可信度。3.3关键修订内容解读3.3.1MMC拓扑损耗计算的完善模块化多电平换流器（MMC）已成为当前VSC-HVDC工程的主流换流器拓扑。与早期的两电平或三电平换流器相比，MMC的功率损耗分布具有其特殊性：子模块电容器的充放电损耗、子模块间电压均衡控制引起的附加开关损耗等均需纳入考虑范畴。本次修订明确了MMC拓扑下各损耗分量的计算边界条件和简化计算假设，为工程实践提供了更为明确的技术指导。3.3.2新型功率器件损耗模型的纳入碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和碳化硅绝缘栅双极型晶体管（SiCIGBT）等宽禁带半导体器件以其低开关损耗、高开关频率和高工作温度的显著优势，正逐步应用于新一代VSC-HVDC换流阀中。本次修订补充了SiC器件损耗特性的建模方法，包括其非线性输出电容效应、温度依赖性及驱动条件对开关损耗的影响等，为该类新型器件在HVDC领域的工程应用提供了标准支撑。3.3.3损耗计算不确定度分析本次修订引出了损耗计算不确定度的概念和评估方法。由于功率器件特性参数存在分散性、运行工况存在波动性，损耗计算结果不可避免地存在一定不确定性。标准建议计算时应考虑器件参数的正负公差范围、运行温度变化范围及测量误差等因素，在设计和性能保证中采用合适的裕度。四、标准的应用价值与行业影响4.1工程应用价值该标准在HVDC工程实践中具有广泛的应用场景：-可行性研究阶段：利用标准规定的计算方法，对不同换流器技术方案进行损耗水平对比，为技术路线选择提供依据；-设计制造阶段：换流阀制造商依据标准进行阀损耗的详细设计和性能优化，并以其计算结果作为向用户承诺的技术指标；-招投标阶段：业主单位以标准规定的计算方法作为统一口径，对各投标方的换流阀损耗指标进行公平比较；-运行评估阶段：将标准计算方法与实际运行数据相结合，评估换流阀的实际运行效率，指导运行方式优化。4.2对行业发展的推动作用-统一技术口径：标准的发布实施统一了VSC阀功率损耗的计算方法和评价准则，消除了各制造商、各工程项目之间因计算方法不同导致的技术指标不可比问题；-促进技术进步：标准对损耗计算精细化要求的不断提高，反向推动了功率器件建模技术、仿真计算手段和试验验证方法的技术进步；-支撑电网规划：准确的损耗计算为电网规划人员在HVDC工程选址、容量配置和网架方案比选中提供了可靠的技术支撑；-主导国际话语权：我国积极参与该标准的制修订工作，将国内在柔性直流输电工程建设中积累的实践经验和技术成果纳入国际标准，提升了我国在HVDC领域的国际影响力和话语权。五、主要参与单位介绍5.1IEC/SC22F分技术委员会IEC62751-1:2014/AMD2:2022由国际电工委员会输配电系统电力电子设备分技术委员会（IEC/SC22F）归口管理并组织制修订工作。SC22F是IEC下设的负责输配电系统用电力电子设备标准化工作的专业技术委员会，其工作范围涵盖高压直流输电换流阀、静止无功补偿器（SVC）、柔性交流输电系统（FACTS）设备等多个领域。SC22F汇集了来自全球主要电力设备制造商、电网运营商、科研机构及高等院校的权威专家，在HVDC换流阀标准的制修订方面拥有丰富的技术积累和广泛的影响力。该委员会与IEC/TC115（高压直流输电）、CIGRE（国际大电网会议）B4（HVDC与电力电子）专业委员会等国际组织保持着紧密的技术协作关系。在此次标准修订工作中，SC22F组织了多轮国际专家会议和技术研讨，充分吸纳了全球范围内在VSC-HVDC工程建设、换流阀设计制造和运行维护方面的最新技术成果和实践经验。来自中国、欧洲、日本、北美等主要HVDC技术研发和应用国家的专家积极参与了标准草案的讨论和评审，确保了标准的国际通用性和技术先进性。5.2中国参与力量我国在该标准的制修订过程中发挥了重要作用。全球能源互联网研究院有限公司（现重组为国网智能电网研究院有限公司）、中国电力科学研究院有限公司、西安高压电器研究院有限责任公司等国内权威科研机构深度参与了标准的技术讨论和意见反馈工作，将在我国张北柔性直流电网示范工程、昆柳龙直流工程、如东海上风电柔直工程等重大工程实践中积累的宝贵经验和技术数据贡献于国际标准的制修订，充分体现了我国在柔性直流输电技术领域的国际领先地位。六、结论与展望IEC62751-1:2014/AMD2:2022的发布实施，是国际高压直流输电标准化进程中的重要里程碑。该标准在继承原版标准技术框架的基础上，紧密结合近年来VSC-HVDC技术的发展趋势和工程应用需求，在MMC拓扑损耗计算、新型功率器件损耗建模、损耗计算不确定度评估等方面进行了系统性修订和完善，为全球VSC阀功率损耗的评估提供了更加科学、精确和可操作的技术规范。从全球能源转型的宏观视角看，随着可再生能源占比的持续提升和跨国跨区域电力交易需求的不断增长，HVDC技术将在未来电力系统中扮演更加关键的角色。新材料、新结构、新拓扑的持续涌现也对标准化工作提出了更高的要求——SiC、GaN等宽禁带器件的规模化应用正在改变换流阀损耗特性的边界条件；基于人工智能的损耗优化控制策略在智能电网中的部署，呼唤标准进一步融入数字化的新维度；而海上风电柔直送出、深远海能源岛等新场景的快速涌现，则要求标准的适用性和前瞻性持续增强。可以预见，IEC62751系列标准将在未来持续演进，在更新颖的技术维度上保持其生命力和指导价值。建议国内相关企业、科研院所和标准化工作者持续跟踪该标准的技术动态，积极参与后续修订工作，及时将我国在VSC-HVDC技术领域的创新成果和工程经验转化为国际标准，为实现我国电力装备“走出去”的战略目标和构建以新能源为主体的新型电力系统贡献标准化力量。参考文献[1]IEC62751-1:2014/AMD2:2022,Amendment2-Powerlossesinvoltagesourcedconverter(VSC)valvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systems-Part1:Generalrequirements[S].Geneva:IEC,2022.[2]IEC62751-1:2014,Powerlossesinvoltagesourcedconverter(VSC)valvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systems-Part1:Gene