1. 新能源故障电流分析导论
传统电力系统的故障电流分析建立在同步发电机的基础上：短路发生后，转子励磁绕组中储存的磁场能量通过定子绕组释放，形成幅值可达额定电流5～10倍、衰减时间常数约0.1～1 s的工频短路电流。继电保护整定、断路器选型、设备动热稳定校验，都围绕这一"大电流、慢衰减"的特征展开。当风电、光伏、储能等新能源电源大规模接入后，这一基础假设被打破——变流器（逆变器）成为并网接口，其故障电流由电力电子开关器件的控制逻辑决定，而非电磁暂态过程决定。本课程的目标，就是建立一套针对新能源电源故障电流的建模、计算与工程判断方法。
一、课程目标与能力定位
学完本课程，应能独立完成以下三类任务：
- 建模能力：根据风电、光伏、储能的并网拓扑与控制策略，写出适用于短路计算的等效模型（受控电流源、限流特性、正负序耦合关系）。
- 计算能力：在给定并网点电压跌落深度、控制参数、限流整定值的条件下，估算故障电流的幅值、相位、谐波含量与持续时间。
- 判断能力：判断保护装置、断路器、并网逆变器在特定故障场景下是否会误动、拒动或脱网，并给出整定或参数调整建议。
这三类能力对应工程中的三个典型场景：新能源场站送出线路保护整定、并网逆变器低电压穿越（LVRT）能力校核、以及含高比例新能源电网的短路电流水平评估。
二、三类新能源发电的并网故障电流特征
风电、光伏、储能在故障电流表现上既有共性，也有显著差异，根源在于能量来源与变流器控制目标不同。
风电分为双馈感应发电机（DFIG）与直驱永磁（PMSG）两类。DFIG的定子直接并网，故障瞬间定子磁链不能突变，会感应出较大的转子电流，Crowbar保护动作后转子绕组短接，DFIG短暂表现为感应电机特性，故障电流可达1.5～2.5倍额定电流，随后由变流器限流控制接管。PMSG经全功率变流器并网，故障电流完全由网侧变流器决定，通常限制在1.1～1.3倍额定电流。
光伏通过逆变器并网，直流侧为光伏阵列，故障电流受逆变器电流环限幅控制。典型限流值为1.1～1.2倍额定电流，且由于MPPT与直流母线电压控制的存在，故障期间有功输出会随电压跌落而下降，无功支撑能力取决于是否启用LVRT无功优先策略。
储能通过PCS（储能变流器）并网，直流侧为电池，其故障电流特性与光伏类似，但电池可提供持续的能量支撑，因此故障电流的持续时间更长，且可通过控制策略主动注入负序或谐波电流以实现特定保护配合。
三、整体分析框架
本课程采用"源—网—控—保"四层分析框架，从故障电流的产生机理出发，逐层传递到保护与设备响应。下图展示了该框架的核心结构与信号流向。
该框架的传递逻辑是：源侧的控制策略决定了故障电流的幅值与波形特征，经集电网络与升压变压器传播后，在并网点（PCC）表现为特定的电压—电流关系，保护装置依据这些电气量做出动作判断。理解这一链条，才能避免"用同步机思维分析新能源故障"的常见错误。
四、工程背景与典型问题
在实际工程中，新能源故障电流引发的典型问题包括以下几类：
| 问题类型 | 典型现象 | 根本原因 |
|---|---|---|
| 保护灵敏度不足 | 送出线路过流保护拒动或延迟动作 | 新能源故障电流被限制在1.2倍额定值附近，低于传统整定阈值 |
| 方向元件误判 | 方向纵联保护误动 | 变流器控制改变故障电流相位，导致方向判据失效 |
| 差动保护制动不足 | 差动保护误动 | 新能源侧电流波形畸变，谐波含量高，制动量计算偏差 |
| LVRT失败脱网 | 故障期间场站全停 | 控制参数与电网故障特性不匹配，直流母线过压或电流超限 |
| 短路电流水平下降 | 电网保护配合困难 | 新能源替代同步机后，系统总短路容量降低 |
五、本课程的学习路径
后续章节将按以下逻辑展开：先分别建立风电、光伏、储能的故障电流模型（第2～8章），再讨论集电网络与升压变压器对故障电流的变换作用（第9～12章），然后进入保护配合与整定计算（第13～20章），最后通过典型故障案例与仿真验证完成综合训练（第21～30章）。每一章都会给出可复现的示例参数与判断依据，帮助读者从"知道是什么"过渡到"能够算出来、判得准"。
学习本课程前，建议先复习对称分量法、Park变换、以及基本的PI控制器原理。这些工具将贯穿全课程，是理解变流器故障电流控制逻辑的基础。