2. 电网故障与电压跌落特征分析
低电压穿越（LVRT）能力是否达标，首先取决于对电网故障“长什么样”的判断是否准确。风电机组、光伏逆变器并网点看到的电压跌落，并不是一个简单的“降到多少伏”的问题，它同时包含故障类型、跌落深度、持续时间、对称性、相位跳变五个维度。同一跌落深度下，不对称故障与对称故障对变流器的冲击完全不同；同一故障类型下，相位跳变的大小又直接决定锁相环（PLL）能否快速跟踪。因此，本节先建立故障与跌落的特征描述体系，再给出录波数据的解读方法。
一、短路故障类型与跌落形态
电力系统短路故障按相别可分为单相接地、两相短路、两相接地短路、三相短路四类。前三类属于不对称故障，三相短路属于对称故障。在新能源场站并网点（PCC）观察到的电压跌落形态，与故障类型、故障点电气距离、变压器接线组别密切相关。
- 单相接地短路：最常见，约占故障总数的 70% 以上。故障相电压大幅下降，非故障相电压可能升高（中性点不接地或经消弧线圈接地系统中可升至线电压）。并网点常表现为一相跌落、两相基本正常。
- 两相短路：两相电压跌落且幅值接近，第三相电压基本不变，负序分量显著。
- 两相接地短路：两相电压跌落更深，第三相电压可能抬升，零序与负序同时存在。
- 三相短路：三相电压同时、同幅值跌落，无负序与零序分量，是最“干净”但最严酷的对称跌落。
需要特别注意的是，风电场升压变常采用 YN/d 或 D/yn 接线，故障在高压侧发生时，低压侧（机组并网点）看到的电压跌落形态会因接线组别发生相移和幅值变换。例如高压侧单相接地，经 YN/d 变压器后，低压侧可能表现为两相电压跌落，这是现场录波解读中极易误判的一点。
二、跌落深度、持续时间与相位跳变
跌落深度通常用残余电压标幺值表示，即跌落期间最低电压有效值与额定电压之比。例如残余电压 0.2 p.u. 表示电压跌落到额定值的 20%，跌落深度为 80%。工程上常按残余电压划分区域：0.9 p.u. 以上为正常运行，0.9～0.75 p.u. 为轻度跌落，0.75～0.2 p.u. 为深度跌落，0.2 p.u. 以下为严重跌落。
持续时间指电压低于 0.9 p.u. 的连续时间，典型值从几十毫秒（保护快速切除）到几百毫秒（后备保护动作）不等。LVRT 曲线通常规定：在电压跌落至 0.2 p.u. 时，机组应保持并网至少 625 ms；跌落至 0.9 p.u. 以上时可持续运行。跌落深度与持续时间共同决定机组是否脱网。
相位跳变是跌落前后电压相角的突变，常见于故障发生瞬间和故障切除瞬间。它由故障点与并网点之间的阻抗角变化引起，典型值在 0°～60° 之间，严重时可达 90°。相位跳变会使 PLL 输出角度产生偏差，导致 dq 变换后的有功、无功分量出现耦合振荡，进而影响电流环控制。现场录波中，相位跳变往往表现为电压波形过零点位置的突然偏移。
三、对称与不对称跌落的本质区别
对称跌落只含正序分量，电压空间矢量幅值下降但方向不变，PLL 仍能稳定跟踪，控制上主要应对直流母线过压和过流。不对称跌落则同时含正序、负序（可能还有零序）分量，负序分量会在 dq 坐标系中产生 2 倍频振荡，导致有功、无功、电流指令出现二倍频脉动。若逆变器仍按正序电压定向，负序电流将不受控，可能触发过流保护。
工程上判断对称与否，最直接的方法是看三相电压有效值是否一致，以及用对称分量法分解后的负序分量占比。负序电压不平衡度通常定义为负序分量与正序分量之比，国标要求并网点负序电压不平衡度不超过 2%，短时不超过 4%。
四、现场录波数据解读方法
现场录波文件通常包含三相电压、三相电流、有功、无功、频率等通道，采样率从几千赫兹到几十千赫兹不等。解读时建议按以下顺序进行：
- 确定时间基准：找到故障发生时刻（电压开始偏离 0.9 p.u. 的时刻）和故障切除时刻（电压恢复至 0.9 p.u. 的时刻），两者之差即为跌落持续时间。
- 读取残余电压：在跌落期间取三相电压有效值的最小值，除以额定电压得到残余电压标幺值。注意区分相电压与线电压，避免量纲混淆。
- 判断对称性：比较三相残余电压是否一致。若某相明显高于或低于其他相，则为不对称跌落。进一步可用对称分量法计算负序分量。
- 测量相位跳变：取故障前最后一个周波和故障后第一个周波的电压过零点，计算相角差。也可用 PLL 输出的角度信号直接观察跳变幅度。
- 关联机组响应：查看直流母线电压是否超过 1100 V（以 1000 V 系统为例）、交流电流是否超过 1.2 倍额定值、PLL 是否失锁、是否触发 Crowbar 或 Chopper 动作。
五、典型录波特征示例
以下为一段示例录波的关键参数（数据为教学假设，非实测）：
| 通道 | 故障前 | 跌落期间 | 恢复后 |
|---|---|---|---|
| A 相电压 | 1.00 p.u. | 0.22 p.u. | 1.00 p.u. |
| B 相电压 | 1.00 p.u. | 0.85 p.u. | 1.00 p.u. |
| C 相电压 | 1.00 p.u. | 0.88 p.u. | 1.00 p.u. |
| 直流母线电压 | 1050 V | 峰值 1180 V | 1050 V |
| 交流电流 | 0.8 p.u. | 峰值 1.35 p.u. | 0.8 p.u. |
| 持续时间 | — | 约 180 ms | — |
从该示例可判断：A 相跌落至 0.22 p.u.，B、C 相基本正常，属于典型不对称跌落，可能由高压侧单相接地经 YN/d 变压器传递而来。直流母线峰值 1180 V 超过 1100 V 阈值，说明 Chopper 未及时投入或容量不足；交流电流峰值 1.35 p.u. 超过 1.2 p.u. 限值，存在过流脱网风险。若机组在 180 ms 内未脱网且故障切除后恢复正常，则 LVRT 动作基本成功，但需检查 Chopper 触发逻辑和电流限幅参数。