电网故障模拟及分类方法

低电压穿越测试的目的在于验证新能源发电系统的低电压穿越能力，并检验系统在低电压穿越测试过程中的动态特性。通常，对新能源发电单元，企业进行的产品测试是为了验证并改善产品的低电压穿越性能，而认证机构的测试则是为了获得商业化发电单元的低电压穿越数据，以此作为相应发电单元能否获得入网许可的重要凭证^[1]。

低电压穿越测试系统通常由电网模拟器和测试对象组成，当测试对象不包括风力机（光伏阵列）时，测试系统还需要加入风力机（光伏阵列）模拟装置。考虑到低电压穿越过程是短时间的动态过程，风力机（光伏阵列）模拟器的特性对系统动态特性影响很小，本章不做重点介绍。

电网模拟器是模拟典型的电网故障并作用于测试对象的电能输出装置。在低电压穿越测试中，电网模拟器要能够基于低电压穿越测试认证的需求，实现对电网电压跌落与恢复动态的模拟，在额定电网电压基础上，实现0～130%的跌落与恢复，每一相电压的动态曲线和持续时间能够根据测试需求独立设定^[1]。

典型的电网故障特征与电网结构息息相关，在本书第5章中，已经详细论述了不同类型的电网故障特征，如跌落和恢复时间、电压相位变化和电网电压正负序分量的变化等^[2，3]。典型电网故障类型的分类通常有两种方法，即ABC分类法和对称分量分类法。对称分量分类法建立在“非对称故障系统分析”的基础上，分析全面、概括性好，便于对电网故障进行监测和统计，已在本书第5章中详细描述。ABC分类法则比较直观，适合在电网模拟器中使用。ABC分类法根据三相电压矢量关系将电网电压跌落划分为图8-1所示的“A～F”六种类型，对应不同跌落类型，三相电压矢量见表8-1。

图8-1 A型～F型电压跌落

表8-1 电压跌落类型与三相电压矢量

注：表中U_g为额定电网电压幅值；U_m为电压跌落后故障相电压幅值。

在图8-2所示典型新能源发电系统并网拓扑中，若电网故障发生在母线Ⅰ处，由于并网变压器的作用，母线Ⅰ和母线Ⅱ所形成的电压跌落类型见表8-2。

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图8-2 新能源并网发电系统接入电网典型结构

表8-2 电压跌落分类以及经变压器的传输

除电压幅值跌落外，电网电压的频率变化和波形畸变也属于典型的电网故障特征。

1.电压频率突变

电压频率突变是指电网电压频率偏离正常范围。当负载和发电设备之间的动态有功功率平衡发生变化时，电网电压的频率会随之变化。频率变化的幅度和持续时间由负载的特性及发电系统的频率响应特性决定。

2.波形畸变

波形畸变是指电网电压波形偏离理想正弦波的一种稳态特征，畸变主要由直流偏置、谐波和次谐波引起。直流偏置是指电网电压中存在直流分量，一般由地磁干扰或半波整流器产生。谐波电压主要由电网内非线性负载造成。次谐波电压主要由静止变频器、循环变流器和电弧设备等产生，其频率是基波频率的分数次倍。

以上电网故障的典型特性可由电网模拟器根据故障类型和应用场合模拟实现。