IEC 62751-12014+AMD12018+AMD22022 CSV 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

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:PowerLossesinVoltageSourcedConverter(VSC)ValvesforHigh-VoltageDirectCurrent(HVDC)Systems—Part1:GeneralRequirements摘要随着全球能源转型战略的深入推进，高压直流（HVDC）输电技术凭借其在大容量、远距离电能传输以及可再生能源并网方面的显著优势，已成为现代电力系统不可或缺的核心技术之一。电压源换流器（VSC）作为柔性直流输电系统的关键装备，其阀组件的功率损耗特性直接影响系统整体效率、设备选型、散热设计与运行经济性。在此背景下，国际电工委员会（IEC）发布IEC62751-1:2014+AMD1:2018+AMD2:2022CSV标准，系统规定了VSC阀功率损耗的通用计算原则、试验方法与评估要求。本报告全面梳理该标准的立项背景、技术框架、核心内容及修订历程，分析其在换流阀设计制造、工程验收及电网运行管理中的指导价值，并对标国内相关标准体系，展望该领域标准化工作的未来发展方向。报告指出，该标准作为国际上首部专门针对VSC阀功率损耗的通用技术规范，填补了该领域国际标准空白，对促进高压直流装备技术迭代、推动多端直流电网建设及支撑“双碳”目标实现具有重要的基础性支撑作用。关键词：高压直流输电；电压源换流器；功率损耗；国际电工委员会；标准体系；柔性直流；换流阀；能效评估Keywords:HVDCtransmission;voltagesourcedconverter;powerlosses;IEC;standardizationsystem;VSC-HVDC;convertervalve;energyefficiencyevaluation1引言1.1研究背景在全球应对气候变化、推动能源结构清洁低碳转型的大背景下，以风能、太阳能为代表的可再生能源大规模开发与远距离输送需求日益迫切。高压直流输电技术凭借其输送容量大、输电距离远、线路损耗低、控制响应快等突出优点，成为跨区域电力资源配置和新能源并网消纳的关键技术路径。其中，基于电压源换流器的柔性直流输电技术（VSC-HVDC）更是以其独立控制有功无功、可向无源网络供电、易于构建多端直流网络等独特优势，在海上风电送出、城市电网增容、孤岛供电等应用场景中得到广泛推广。换流阀作为VSC-HVDC系统的核心换流设备，由大量电力电子器件（如IGBT、IGCT等）及其辅助电路构成。在运行过程中，换流阀不可避免地产生通态损耗、开关损耗、阻尼损耗及辅助系统损耗等多种形式的功率损耗。这些损耗不仅直接影响系统的输电效率和运行经济性，还决定了换流阀的发热量，进而影响冷却系统设计、设备寿命及系统可靠性。因此，建立统一的功率损耗计算与试验评估方法，对于换流阀的设计优化、型式试验、工程招标及运行监测均具有重要的工程实践意义。1.2标准立项的必要性在IEC62751-1标准发布之前，国际上缺乏专门针对VSC阀功率损耗的统一测试与计算方法。不同制造商和工程业主在功率损耗评估中采用的假设条件、计算模型和试验工况各异，导致功率损耗数据的可比性不足，给设备选型、工程招标及系统能效评估带来诸多困扰。因此，制定一项国际通用的VSC阀功率损耗标准，不仅有助于统一行业技术口径，更能有效促进国际贸易与工程合作，推动高压直流技术的健康有序发展。2标准概述2.1标准基本信息IEC62751-1:2014+AMD1:2018+AMD2:2022CSV是国际电工委员会发布的关于高压直流系统用电压源换流器阀功率损耗的系列标准之一部分，其完整信息如下：-标准编号：IEC62751-1:2014+AMD1:2018+AMD2:2022CSV-标准名称：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：Powerlossesinvoltagesourcedconverter(VSC)valvesforhigh-voltagedirectcurrent(HVDC)systems-Part1:Generalrequirements-发布日期：2022年3月16日-发布机构：国际电工委员会（IEC）-标准状态：现行有效-ICS分类号：其他有关输电网和配电网的设备-语言版本：英语、法语-版本说明：CSV（合并修订版），包含2014年原版及2018年修订1、2022年修订2的综合版本2.2标准体系定位IEC62751系列标准由IEC第22技术委员会（电力电子系统与设备技术委员会）下属SC22F分技术委员会（输配电系统电力电子设备）负责制定。作为IEC62501（VSC阀电气试验）和IEC60633（HVDC术语）等标准的补充和配套，IEC62751-1聚焦于VSC阀功率损耗的一般性技术要求，为后续各部分（如IEC62751-2关于损耗详细计算方法）提供基础框架。该标准的发布既是IEC在高压直流输电标准化领域的重要组成成果，也是全球范围内首部专门针对VSC阀功率损耗的通用技术要求标准。它的出台填补了该技术方向的国际标准空白，为世界各国开展柔性直流输电工程的规划、设计、建设和运行提供了统一的技术依据。3标准主要内容3.1适用范围IEC62751-1标准适用于采用电压源换流器技术的高压直流输电系统中使用的换流阀。该标准涵盖了阀在本体层面上的功率损耗分类、定义、计算方法框架以及试验验证要求。需要指出的是，该标准主要针对采用可关断电力电子器件（如IGBT）构成的换流阀，涵盖两电平、三电平及模块化多电平换流器（MMC）等多种主流拓扑结构。标准中对术语的定义具有通用性，可适应不同类型和不同电压等级的VSC阀设备。3.2功率损耗的分类与定义标准系统性地将VSC阀的功率损耗划分为以下几大类别：（1）导通损耗（ConductionLosses）导通损耗是指换流阀在主电流流通路径上由器件导通压降引起的功率损耗。对于IGBT器件而言，导通损耗包含IGBT本身的饱和压降损耗和反并联二极管的正向导通损耗两部分。导通损耗的大小与通态电流瞬时值、器件结温以及器件本身的导通特性密切相关。（2）开关损耗（SwitchingLosses）开关损耗是指电力电子器件在开通和关断过程中，由于电压电流重叠而产生的功率损耗。开关损耗的大小取决于器件开关频率、电压电流变化率、栅极驱动条件以及器件的开关特性等因素。在MMC拓扑中，开关损耗还包含子模块投入/切除过程中的附加损耗。（3）阻尼损耗（DampingLosses）阻尼损耗是指换流阀中阻容吸收电路、均压电路等辅助回路在运行过程中产生的功率损耗。该类损耗虽然单值较小，但在高频开关动作条件下积累效应明显，需予以充分关注。（4）辅助系统损耗（AuxiliarySystemLosses）辅助系统损耗包括阀基电子设备、触发单元、通信单元、冷却系统检测装置等辅助供电回路产生的功率损耗，以及电抗器、变压器等磁性元件在阀系统中产生的相关损耗。3.3功率损耗的计算框架标准给出了VSC阀功率损耗计算的一般性原则和框架，包括：-损耗计算的参考工况：规定了在额定运行条件、最小运行条件、暂态工况等不同工况下功率损耗的计算要求；-损耗计算所用参数：明确了器件制造商提供的损耗特性参数、系统运行参数（电压、电流、功率因数、调制比等）的选取方法；-损耗修正与温度修正：考虑到器件损耗随结温变化的特点，标准规定了损耗计算结果进行温度修正的必要条件和修正方法。3.4试验验证要求为了确保功率损耗计算结果的准确性和可信度，标准对功率损耗的试验验证提出了明确要求：-规定了用于损耗验证的试验回路拓扑、试验条件及测量精度要求；-明确了在型式试验中需进行的损耗相关测试项目（如导通压降测试、开关能量测试等）；-给出了计算值与实测值的允许偏差范围及判定准则。3.5修订内容分析本CSV版本整合了2014年原版标准及其后的两次修订：AMD1:2018主要修订内容包括：根据IEC62501:2017（VSC阀电气试验）的最新版本更新了相关引用条款；补充了模块化多电平换流器拓扑下的损耗计算补充说明；对损耗分类框架进行了适当调整，增加了对新型器件（如SiC器件）的适用性说明。AMD2:2022主要修订内容包括：针对近年来高压直流输电工程的大容量化发展趋势，对高电压、大电流工况下的损耗计算方法进行了补充完善；增加了对损耗测量不确定度评定的技术要求；更新了标准中的术语定义以与IEC60633最新版本保持协调一致。此外，修订2还吸收了来自中国、欧洲等主要HVDC装备制造国的工程实践经验反馈，增强了标准的工程适用性。4标准的技术要点与工程应用4.1标准的技术特点（1）通用性与灵活性并存标准在规定统一要求的同时，充分考虑不同拓扑结构、不同电压等级、不同器件类型的差异性，允许在特定条件下采用替代方法，具有较强的灵活性和可操作性。（2）强调计算与试验的结合标准倡导“计算为主、试验验证为辅”的技术路线，既不过度依赖成本高昂的全载试验，又通过必要的验证试验确保计算结果的可靠性，在工程经济性与技术严谨性之间取得了良好平衡。（3）面向全生命周期管理标准不仅关注设备出厂时的损耗评估，还规定了运行阶段损耗变化监测的相关考量，体现了全生命周期能效管理的先进理念。4.2工程应用价值IEC62751-1标准在以下工程环节中发挥重要的指导作用：-换流阀设计与优化：为制造商提供了统一的损耗评估框架，有助于在器件选型、拓扑设计、调制策略优化等方面实现损耗最低化目标；-工程招投标与设备验收：为业主方和承包方提供了损耗性能对比的统一基准，确保招标评审的公平性和设备验收的规范性；-系统能效评估与损耗核算：为高压直流输电工程的整体效率评估提供了基础数据支撑；-冷却系统设计依据：功率损耗计算结果是换流阀冷却系统容量设计的重要输入参数，标准为冷却系统匹配设计提供了可靠依据。4.3与国内标准的衔接我国在柔性直流输电领域的技术研究和工程应用处于国际领先水平。国内相关标准如GB/T33348（高压直流输电用电压源换流器阀的电气试验）、DL/T2385等与IEC62751系列标准在技术框架上保持了良好的一致性。我国已投运的多个柔性直流输电工程（如张北柔直工程、昆柳龙直流工程等）均参照该标准体系开展损耗评估工作。标准的实施为国内相关国家标准的制修订提供了重要参考，也为我国柔直装备“走出去”创造了有利条件。5主要参与单位介绍5.1IECSC22F工作组的组织架构IEC62751-1标准由IECSC22F（输配电系统电力电子设备分技术委员会）下设的WG5工作组负责起草和维护。该工作组汇集了来自全球主要电力电子设备制造商、电网运营商、科研机构和检测认证机构的专家。5.2主要参与单位——全球能源互联网研究院有限公司全球能源互联网研究院有限公司（以下简称“联研院”）作为IECSC22F的国内技术对口单位的重要支撑机构，深度参与了包括IEC62751-1在内的多项高压直流输电领域国际标准的制定与修订工作。联研院是国家电网有限公司直属的科研机构，长期致力于高压直流输电关键技术、电力电子装备及标准化研究。在IEC62751-1标准的制定过程中，联研院专家团队重点参与了以下工作：-牵头开展了MMC拓扑下换流阀损耗分布特征的专项研究，为标准中相关技术条款的制定提供了理论支撑；-基于国内多个柔性直流工程的实际运行数据，提出了一系列损耗计算方法的修正建议，被标准修订工作采纳；-积极参与标准工作组会议，代表中国在损耗试验验证方法、工况设定等关键议题上提出了建设性意见；-联合国内高校和制造企业，组织开展了标准验证试验，为标准中试验条款的可行性提供了实证依据。通过参与IEC62751-1标准的制定，联研院不仅将中国在柔性直流输电领域的技术积累和工程经验输送到国际标准体系中，增强了中国在IEC标准制定中的话语权，也为推动中国标准和国际标准的融合发展作出了积极贡献。6标准实施现状与效益分析6.1国际应用现状IEC62751-1标准自2014年首次发布以来，已被全球主要高压直流输电装备制造商和电力公司广泛采用。在欧洲，ABB、西门子能源等企业已将标准要求纳入其换流阀产品设计规范；在中国，国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司及其下属制造企业已将标准作为换流阀损耗评估的基准依据；在北美、南美等新兴直流输电市场，标准亦日益受到重视和认可。6.2实施效益分析（1）技术效益该标准的实施统一了VSC阀功率损耗的计算和评估方法，使得不同制造商、不同工程之间的损耗数据具有可比性，促进了换流阀技术的良性竞争和持续进步。同时，标准中规定的最低效率要求也推动了高效率器件和低损耗拓扑的开发应用。（2）经济效益通过精确的损耗评估，工程业主可在设备选型阶段有效评估不同方案的全生命周期成本，避免因损耗估算偏差导致的过度设计或能效不达标问题。据相关研究分析，在大型柔性直流输电工程中，换流阀损耗每降低0.1个百分点，20年运行期内可节省的电能损耗费用可达数千万元。（3）社会效益标准为高压直流输电系统的能效评估提供了统一标尺，有助于推动输电系统整体效率的提升，间接支撑了能源节约和碳排放降低目标的实现。7存在的问题与挑战尽管IEC62751-1标准已取得显著成效，但在实际应用过程中仍面临一些问题和挑战：（1）新型器件的适用性问题随着碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件在电力电子领域逐步应用，其开关特性和损耗机理与传统硅基器件存在显著差异。现有标准框架下对这些新型器件的损耗评估适配性尚需进一步研究和完善。（2）高压大容量工况下的验证难题在特高压、超大容量场景下，开展全功率满负荷的损耗验证试验面临设备能力、试验场地和成本等多方面制约，如何建立高效可靠的等效验证方法仍是亟待解决的工程难题。（3）标准间的协调性问题IEC62751-1与IEC62501（VSC阀电气试验）、IEC60633（HVDC术语）等关联标准之间的引用关系和条款一致性需要持续动态跟踪和维护，以避免因标准更新不同步而产生的理解偏差和执行困难。8结论与展望8.1结论IEC62751-1:2014+AMD1:2018+AMD2:2022CSV作为国际上首部系统规范高压直流系统用电压源换流器阀功率损耗的通用技术标准，其发布和实施具有里程碑式的重要意义。该标准构建了涵盖损耗分类、计算框架、试验验证等多维度的完整技术体系，为全球VSC换流阀的能效评估提供了统一的技术基准。经过2018年和2022年的两次修订，标准的时效性和适用性不断增强，进一步巩固了其在相关国际标准体系中的核心地位。对于我国而言，积极采用和深度参与该标准的制定与修订，不仅促进了国内柔性直流输电技术能力的提升和产业竞争力的增强，更有效推动了我国优势技术经验向国际标准的转化输出，实现了技术标准“引进来”与“走出去”的有机结合。8.2展望展望未来，随着全球能源互联网建设的深入推进和新型电力系统构建步伐的加快，高压直流输电技术将向更高电压等级、更大输送容量和更广泛应用场景持续拓展。IEC62751-1标准也将在以下方向持续演进：-面向新型器件的标准扩展：随着SiC、GaN等宽禁带器件技术的日趋成熟和成本下降，标准将不断纳入针对新型器件的损耗评估要求；-面向数字化与智能化：结合数字孪生、在线监测、人工智能等技术手段，标准的应用模式将从“离线评估”逐步向“在线评估与实时优化”拓展；-面向多端直流与直流电网：随着多端柔性直流和