电网结构及故障分析

电网故障特征与电网结构息息相关。为提高电网的供电可靠性，电力系统的相关专家对配电网的结构进行了大量的深入研究，并综合供电可靠性和经济性等因素提出了适用于不同用户场合的电网结构，如辐射网、环网、互连网和网格状网等。由于结构种类较多，配电网的故障特征比较复杂。为便于分析，本书以接入输电网且采用交流输电方式的风电或光伏发电系统为例，分析该结构下电网故障的典型特征。当然，若发电系统接入配电网，以下分析思路也可借鉴。

风电或光伏发电系统若接入输电网，其典型结构如图5-1所示。该结构中，发电场内的多台发电设备，如单机风电或单级光伏发电设备，通过一级或两级升压变压器并联到汇流站内。变压器T₁的高压侧为中压配电网（一般为10kV/35kV），又称为公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）；PCC经配电输电线与另一级升压变压器T₂相连，T₂的高压侧接入高压输电网（一般为110kV/220kV），T₂高压侧通常称为并网点（Grid Connection Point，GCP）。一般，变压器T₁的低压侧为y联结，其中性点直接接地，其高压侧为D联结；变压器T₂通常为Dy联结，为实现短路保护，其低压侧（中压侧）往往采用接地变压器提供一个虚拟中性点，高压侧采用中性点直接接地或经低电阻接地。图中，断路器QF用来在故障时隔离故障线路。值得注意的是，针对图5-1所示结构的并网设备，并网导则中低电压故障穿越所规定的故障点往往定义在图5-1中变压器T₂的高压侧或GCP，由于线路和变压器阻抗的存在，故障后发电机机端感受到的低电压跌落较故障点处轻。以三相对地短路故障为例，若故障点发生在GCP，则GCP处电压为零，对应低电压穿越导则的零电压穿越要求。此时，变压器T₁的低压侧或发电设备端的电压标幺值约为0.15左右^[3]。

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图5-1 并网型风电或光伏发电系统的典型结构

典型的电网故障类型包括：对称故障即三相短路故障；不对称故障，包括单相对地故障、相间短路故障和两相接地故障。实际发生的故障中，绝大部分故障都是不对称故障。