GBT 47667-2026 柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管标准立项发展报告

柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:BypassThyristorsforValvesofHVDCTransmissionwithVoltageSourcedConverters摘要随着“双碳”战略目标深入推进，柔性直流输电技术已成为我国构建新型电力系统、实现大规模可再生能源并网消纳的关键支撑技术。旁路晶闸管作为柔性直流输电换流阀中的核心保护器件，其性能与可靠性直接关系到整个输电系统的安全稳定运行，而我国在该领域长期缺乏统一、权威的国家标准。本报告基于GB/T47667-2026《柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管》的编制立项工作，系统阐述了标准研制的背景意义、国内外技术现状与发展趋势、标准主要技术内容及创新点，并对标准实施的预期效益进行了全面分析。该标准首次从国家标准层面统一规范了柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管的型号命名、技术要求、试验方法、检验规则及标志包装等关键内容，填补了我国在该核心装备领域的标准空白。标准的发布实施将为产品设计制造提供明确依据，为电网安全运行提供可靠保障，有力支撑我国柔性直流输电技术及装备的自主创新发展与国际化进程。关键词：柔性直流输电；旁路晶闸管；换流阀；标准化；电力电子器件Keywords:HVDCflexibletransmission;bypassthyristor;convertervalve;standardization;powerelectronicdevices1引言1.1研究背景在全球能源转型与中国“碳达峰、碳中和”战略目标的双重驱动下，以风电、光伏为代表的可再生能源装机容量持续快速增长。然而，新能源发电固有的间歇性、波动性特征对电网的接纳能力提出了严峻挑战。柔性直流输电技术（VSC-HVDC）凭借其可独立控制有功功率与无功功率、可向无源网络供电、无需滤波装置等显著技术优势，成为大规模新能源远距离输送、城市电网增容改造、海岛供电及跨国电网互联的首选技术方案。截至“十四五”末期，我国已建成投运张北柔性直流电网示范工程、昆柳龙直流工程（±800kV混合多端直流）、如东海上风电柔直工程等多个标志性项目，柔性直流输电工程的电压等级与输送容量均跃居世界前列。在柔性直流输电换流阀中，旁路晶闸管是不可或缺的核心保护元件。当换流阀的子模块发生故障或需要退出运行时，旁路晶闸管能够在极短时间内导通，为故障电流提供旁路通路，从而保护子模块电容及功率器件免受过电压、过电流的损害，确保整个换流阀乃至整条直流输电线路的持续稳定运行。可以说，旁路晶闸管的性能优劣直接决定了换流阀的可靠性水平与工程的安全裕度。1.2标准立项的必要性然而，与工程应用的高速发展形成鲜明对照的是，我国在柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管领域长期缺乏专门的国家标准。早期该类器件的设计、制造与检验主要参照通用型晶闸管标准（如GB/T15291《半导体器件第6部分晶闸管》）或由各制造商依据企业标准执行。然而，柔性直流输电用旁路晶闸管在电压耐受能力、通流能力、开关速度、可靠性及长寿命运行等方面均远高于普通工业用晶闸管，直接套用通用标准已无法满足实际工程需求——具体而言：第一，通用标准缺少对旁路晶闸管在换流阀特殊工况（如长期备用状态下的高温高压劣化、偶发强触发导通等）下的性能考核要求；第二，各企业标准不一，导致同类产品在参数定义、测试条件和判定准则上存在较大差异，给工程的设备选型、招标采购及运维检修带来诸多困扰；第三，产品设计制造无标可依的问题日益突出，制约了国产器件的质量提升与规模化应用。在此背景下，制定一部统一的《柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管》国家标准，已成为规范市场秩序、引导产业健康发展的当务之急。2国内外技术现状与发展趋势2.1国际相关标准与技术水平在国际范围内，柔性直流输电技术及高压大功率晶闸管器件的标准化工作主要由IEC（国际电工委员会）主导推进。IEC60747-6《半导体器件第6部分：晶闸管》是国际上通用的晶闸管基础标准，规定了晶闸管的术语定义、基本额定值和特性、以及相应的验证程序。然而，该标准同样定位于通用型器件，并未针对柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管的特殊应用场景设定专门的技术要求。值得关注的是，IEC62501《用于高压直流输电的电压源换流器（VSC）换流阀的电气试验》对换流阀用旁路晶闸管在阀层面的运行工况提出了型式试验要求，该标准从系统应用的角度对旁路晶闸管在阀中的配合使用提出了功能与性能约束，但其着眼点在于“阀”而非“器件”。因此，在国际标准体系中，旁路晶闸管“器件级”的标准长期处于缺位状态。这种局面一方面反映了该器件技术难度高、专业性强，另一方面也为我国在该领域率先建立国家标准提供了先机。在器件制造技术层面，目前国际上具备高压大功率旁路晶闸管量产能力的企业主要包括：瑞典ABB半导体（现日立能源）、德国英飞凌（原Eupec）以及中国的时代电气、中车半导体等企业。各家产品的电压等级主要集中于4.5kV~8.5kV，通流能力从数千安到数百安不等（实际通流与芯片面积、散热条件相关），芯片制造工艺普遍采用大面积硅片技术，并配套先进的终端结构和耐压设计。2.2国内技术现状及标准化需求得益于国家科技计划和重大工程的有力牵引，我国柔性直流输电用旁路晶闸管的自主研发取得了长足进步。国内以株洲中车时代半导体为代表的器件制造企业，先后研制出具有完全自主知识产权的6英寸（及更大尺寸）大功率晶闸管芯片，电压覆盖4.5kV～8.5kV等级，通流能力和可靠性指标已达到国际先进水平。舟山五端柔性直流工程、张北柔性直流电网工程、昆柳龙直流工程中，国产旁路晶闸管的批量应用验证了其在实际工况下的可靠性能。然而必须清醒地看到，我国在该领域的标准化工作明显滞后于技术和产业发展。截至目前，尚未有一部专门针对柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管的国家标准或行业标准发布实施。当前各制造企业执行的是各自的企业标准，在技术指标、试验条件、判定规则等方面各有差异。例如，关于旁路晶闸管的浪涌电流耐受能力测试，不同企业采用的波形参数（正弦半波时间、峰值倍数等）有所不同，这直接影响到产品标称值的可比性；又如，在高温高湿偏置试验（THB）等可靠性考核方面，各企业的试验条件和时长也存在差异。标准不统一带来的直接后果是：用户在设备招标和到货验收时缺乏统一的判定依据，同类产品在不同工程中的互换性差，也给后续运维备件的管理带来困难。随着柔性直流输电工程建设的持续提速，这种“技术发展超前、标准供给不足”的矛盾日益凸显。3标准主要内容GB/T47667-2026《柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管》在充分调研国内外相关技术现状和工程应用需求的基础上，确定了标准的整体框架与技术内容。标准正文结构涵盖范围、规范性引用文件、术语和定义、型号命名与基本参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志/包装/贮存和运输等主要章节。3.1标准的范围与定位本标准规定了柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管的术语和定义、型号命名、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、贮存和运输等方面的要求。标准适用于柔性直流输电换流阀中用于保护子模块的旁路晶闸管，包括器件芯片级、器件封装级以及与之配套的触发监测单元。3.2主要技术内容-型号命名规则：标准采用系统化的命名方式对旁路晶闸管进行编号，命名结构包含器件类型代码、电压等级代码、电流等级代码和封装形式代码等字段，每个字段均有明确的数字或字母含义。这种命名方式既便于产品管理和信息追溯，也为不同制造商的产品提供了统一的识别口径。-额定值与特性参数的规范：标准规定了旁路晶闸管的核心额定参数，包括但不限于断态重复峰值电压（VDSM/VRSM）、通态平均电流（IT(AV)）、断态重复峰值电流（IDRM/IRRM）、门极触发电流（IGT）、门极触发电压（VGT）、通态峰值电压（VTM）、浪涌电流耐受能力（ITSM）及I²t值等。每项参数均明确了定义、测试条件和标称方法，确保不同企业产品之间的参数具有可比性。-技术要求：涵盖器件在额定工况下的电气性能要求、高温阻断稳定性、通流能力、开关特性、极限耐受能力以及环境适应性等。针对旁路晶闸管在柔性直流输电换流阀中的特殊工作模式，标准强化了对器件长期处于备用状态后的触发导通可靠性要求，以及偶发浪涌工况下的极限电流耐受考核要求。-试验方法：规定了各技术要求的对应试验方法，包括常规试验（门极触发特性测试、阻断特性测试、通态压降测试等）、型式试验（浪涌电流试验、高温阻断试验、温度循环试验等）以及可靠性验证试验等。各试验方法的试验条件、电路拓扑、判据和样本数量均有明确规定。-检验规则：将检验划分为型式检验和出厂检验两大类，明确了各检验类别的项目组成、抽样方案、合格判定准则和复验规则，确保产品从研发定型到批量生产各个环节的质量可控。3.3标准编制的创新点本标准在制定过程中重点解决了以下关键技术难点：一是如何将柔直换流阀的应用需求科学地转化为可量化考核的器件级技术指标；二是在器件试验方法中如何真实模拟换流阀中的实际工况应力，特别是故障电流冲击和长期热循环应力的等效试验方法；三是如何平衡标准的先进性与可操作性，使标准既能体现当前技术发展的最高水平，又能为行业内不同技术水平的企业提供清晰可达的过渡路径。4主要参与单位及职责本标准的制定汇聚了我国柔性直流输电领域“产学研用”全链条的权威力量，由全国电力电子系统和设备标准化技术委员会（SAC/TC60）归口管理。以下仅以株洲中车时代半导体有限公司（以下简称“时代半导体”）为主要示例进行介绍。时代半导体是我国最早从事大功率半导体器件研发与制造的企业之一，深耕功率半导体领域数十年，已形成从芯片设计、芯片制造到模块封装、测试应用的完整产业链能力。公司拥有国内领先的功率半导体研发平台和全套可靠性试验验证条件，其研制的大功率晶闸管产品在轨道交通、智能电网、工业驱动等领域获得了广泛应用。在柔性直流输电领域，时代半导体是国内首批实现高压大功率旁路晶闸管国产化并批量应用于柔直工程的企业之一。依托国家重点研发计划和重大工程装备自主化项目的支持，公司先后突破了6英寸大尺寸硅片制造工艺、高电压终端结构设计、高可靠封装连接等多项关键技术，其产品已完成多轮加速老化试验和工程挂网运行验证，积累了丰富的高压大功率晶闸管设计制造与可靠性评价经验。在GB/T47667-2026的编制过程中，时代半导体作为核心起草单位之一，承担了以下重要工作：牵头提供器件设计、制造工艺与可靠性试验一手技术数据，为标准关键技术指标和试验方法的确定提供数据支撑；主导起草标准中“技术要求”和“试验方法”相关章节，将公司在轨道交通和柔性直流领域多年积累的可靠性考核方法融入标准条款；参与行业调研与工作组讨论，为标准框架的完善和内容的系统性提供专业建议。公司多位技术专家长期担任SAC/TC60委员及相关标准工作组成员，深度参与我国电力电子器件标准体系建设。5标准实施预期效益与展望5.1经济效益标准的发布实施将产生显著的经济效益。首先，统一的技术标准有利于形成规模化采购和竞争性市场环境，预计可使旁路晶闸管的采购成本降低5%~10%，以单个柔直换流站旁路晶闸管采购金额数千万元计，单个工程可节省成本数百万元。其次，统一标准将降低工程招标、验收环节的沟通协调成本，缩短设备选型与供货周期。5.2社会效益柔性直流输电工程是国家新型电力系统建设的重要基础设施。本标准的实施将有效提升国产旁路晶闸管的产品一致性和可靠性水平，降低因器件故障引发的换流阀停运风险，对保障电网安全稳定运行和电力的可靠供应具有重要社会意义。同时，标准的发布将为行业提供统一的技术语言和交流平台，促进产业链上下游的技术协同与知识共享。5.3标准化效益本标准的制定填补了我国柔性直流输电领域“器件级”国家标准空白，与已有的换流阀标准（如GB/T33348《高压直流输电用电压源换流器换流阀的电气试验》）形成有机互补，完善了从器件到阀体再到系统的全链条标准体系，也为后续其他柔直关键器件（如IGBT、直流断路器用电力电子器件等）的国家标准制定提供了经验借鉴。6结论柔性直流输电技术是实现能源转型和“双碳”目标的核心支撑技术，旁路晶闸管作为换流阀的关键保护器件，其标准化工作具有重要的战略意义和迫切的现实需求。GB/T47667-2026《柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管》是我国在该领域发布的首个国家标准，标志着我国柔性直流输电核心装备标准化工作迈出关键一步。标准首次从器件层面系统性地规范了柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管的型号命名、技术要求、试验方法及检验规则，解决了长期困扰行业的“无标可依”和“标准不一”问题，填补了国内标准空白。标准的实施将为旁路晶闸管的产品设计、制造、检验和应用提供统一的技术依据，有力支撑设备国产化进程和工程安全运行。展望未来，随着柔性直流输电技术向更高电压等级、更大输送容量、更复杂拓扑结构方向的持续演进，以及碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件的逐渐成熟，旁路晶闸管技术也将面临新一轮的升级换代。标准工作应保持与技术发展的同步迭代，适时启动标准的修订完善工作，并积极推动我国标准向国际标准转化，为全球柔性直流输电技术的发展贡献中国方案和智慧。参考文献[1]国家标准化管理委员会.GB/T47667-2026柔性直流输电换流阀用旁路晶闸管[S].北京:中国标准出版社,2026.[2]国家市场监督管理总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T33348-2016高压直流输电用电压源换流器换流阀的电气试验[S].北京:中国标准出版社,2016.[3]国家市场监督管理总局,