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BS EN 62751——高压直流（HVDC）系统电压源换流器（VSC）阀功率损耗标准系列
Power Losses in Voltage Sourced Converter (VSC) Valves for High-Voltage Direct Current (HVDC) Systems
⚡ BS EN 62751 系列是英国标准（BSI）等同采用 IEC 62751 系列制定的国家标准，规定了高压直流（HVDC）输电系统中电压源换流器（VSC）阀功率损耗的确定方法。VSC-HVDC 是高压直流输电的主流技术之一，广泛应用于远距离输电、海上风电并网与电网互联。换流阀的功率损耗直接影响整个输电系统的效率与运行成本，准确、可比的损耗核算方法对工程招标、性能验收与运行评估至关重要。
💡 该系列由英国技术委员会 PEL/22（电力电子）归口，其国际标准由 IEC/TC 22 下属 SC 22F（输配电系统用电力电子）制定，ICS 分类号为 29.200/29.240。
一、系列构成与适用范围 📌
BS EN 62751 系列目前包括两个部分：
| 标准号 | 中文标题 | 主要作用 | 发布年份 |
|---|---|---|---|
| BS EN 62751-1 | VSC 阀功率损耗 第1部分：一般要求 | 规定损耗确定的一般要求、方法与边界条件 | 2014 |
| BS EN 62751-2 | VSC 阀功率损耗 第2部分：模块化多电平换流器 | 针对 MMC 拓扑给出损耗核算的专门要求 | 2014 |
第1部分建立 VSC 阀损耗核算的通用框架；第2部分针对当前主流应用的模块化多电平换流器（MMC）拓扑给出细化方法。二者共同支撑 VSC-HVDC 工程从投标到验收的损耗核算。
⚠️ 换流阀损耗核算不是简单的器件损耗相加：它必须考虑器件开关特性、门极驱动、均压电路、阀基辅助设备与运行工况（运行点、调制方式、温度），边界条件界定不清晰将导致不同供应商结果不可比。
二、第1部分：一般要求 🔧
BS EN 62751-1:2014 规定了 VSC 阀功率损耗确定的一般要求，主要内容包括：
- 损耗分类：规定阀损耗的组成，包括半导体器件损耗（通态、开关）、门极驱动、均压/缓冲电路与辅助设备损耗。
- 计算方法：规定基于器件数据表损耗特性与运行工况的计算方法，以及用实测波形验证的方法。
- 工况定义：规定损耗核算的运行工况（额定功率、功率因数、直流电压、调制比、温度等）。
- 边界条件：明确损耗核算的系统边界，如包含哪些辅助设备、冷却系统是否计入。
- 报告要求：规定损耗核算结果的报告格式与数据来源，保证可追溯与可复核。
✅ 第1部分的价值在于”统一口径”：通过明确的损耗分类、工况与边界条件，不同供应商的阀损耗数据可以在同一口径下进行比较，支撑招标与性能验收。
三、第2部分：模块化多电平换流器（MMC）📊
BS EN 62751-2:2014 针对 MMC 拓扑给出了损耗核算的专门要求，要点包括：
- MMC 结构：针对模块化多电平换流器的子模块（SM）结构，规定子模块级损耗的核算方法。
- 子模块损耗：规定子模块内 IGBT/二极管、电容均压电路与旁路开关等损耗的计算。
- 循环电流影响：考虑桥臂循环电流对损耗的影响，规定其计算方法。
- 运行范围：规定不同运行点（不同功率、电压、调制方式）下的损耗核算，用于全工况评估。
- 验证：规定通过实际运行数据或试验对损耗计算结果进行验证的方法。
⚠️ MMC 的损耗精确核算涉及大量子模块与复杂开关时序，计算量巨大。必须结合准确的器件模型、运行工况与温度循环，并辅以实测验证，才能得到可信的损耗数据。
四、关键技术要求解读 📏
| 要素 | 含义 | 工程关注要点 |
|---|---|---|
| 半导体器件损耗 | 通态与开关损耗 | 主要损耗来源，与器件选型密切相关 |
| 子模块损耗 | MMC 子模块整体损耗 | 含电容、均压与旁路电路损耗 |
| 工况定义 | 核算采用的运行点 | 决定损耗结果对应的工作条件 |
| 循环电流 | 桥臂环流引起的附加损耗 | MMC 特有，不可忽略 |
| 冷却系统损耗 | 阀冷却系统功耗 | 是否计入边界影响系统效率口径 |
🚨 换流阀损耗直接影响 HVDC 工程的效率承诺与运行成本：若损耗核算方法不合规或工况定义含糊，可能导致投标数据失真、性能验收争议，进而造成重大经济损失。
五、工程实践应用 🛠️
- 工程招标：以本系列统一口径制定损耗考核条款，比较不同供应商的阀损耗数据。
- 性能验收：依据实际运行点与损耗实测结果，验证换流阀损耗是否满足合同要求。
- 系统效率评估：结合阀损耗与变压器、线路损耗，核算整条 HVDC 工程的输送效率。
- 运行优化：分析不同运行点（如降压运行、功率因数调节）下的损耗特性，优化运行方式。
- 实施流程：明确损耗边界 → 确定运行工况 → 器件损耗建模 → 子模块/阀级核算 → 实测验证 → 报告。
六、常见问题解答 ❓
❓ 问：BS EN 62751 主要解决什么问题？
答：它统一了 VSC-HVDC 换流阀功率损耗的核算方法与边界条件，使不同供应商的损耗数据口径一致、结果可比，支撑招标、验收与系统效率评估。
答：它统一了 VSC-HVDC 换流阀功率损耗的核算方法与边界条件，使不同供应商的损耗数据口径一致、结果可比，支撑招标、验收与系统效率评估。
❓ 问：第1部分与第2部分如何分工？
答：第1部分规定一般要求（损耗分类、工况、边界、报告），第2部分针对 MMC 拓扑给出子模块级核算与循环电流等的专门方法，二者配套使用。
答：第1部分规定一般要求（损耗分类、工况、边界、报告），第2部分针对 MMC 拓扑给出子模块级核算与循环电流等的专门方法，二者配套使用。
❓ 问：阀损耗可以只按器件数据手册估算吗？
答：不可。器件损耗仅是基础，还必须计入驱动、均压、辅助设备损耗与运行工况影响，并通过实测波形或运行数据验证，才能得到可信结果。
答：不可。器件损耗仅是基础，还必须计入驱动、均压、辅助设备损耗与运行工况影响，并通过实测波形或运行数据验证，才能得到可信结果。
❓ 问：损耗核算时的运行工况为什么重要？
答：因为阀损耗随功率、电压、调制方式与温度显著变化，功耗核算必须明确对应工况；不同工况下的损耗应分别核算，用于全工况效率评估。
答：因为阀损耗随功率、电压、调制方式与温度显著变化，功耗核算必须明确对应工况；不同工况下的损耗应分别核算，用于全工况效率评估。
