2. 电网故障类型：对称故障与不对称故障、电压跌落深度与持续时间、故障清除与恢复过程
好，咱们直接进入正题。这一节讲的是电网故障的“家底”——到底有哪些故障类型？它们怎么影响风机？电压跌到什么程度算深？跌多久算久？故障清除了之后，电网又是怎么“缓过劲儿”来的？
说实话，我刚入行那会儿，总觉得故障就是“停电”两个字。后来在现场调试，亲眼看到一台双馈风机因为不对称故障直接撬棒保护动作，我才意识到——故障的“长相”不同，风机的“反应”也完全不同。
2.1 对称故障与不对称故障
电网故障，按对称性分两大类：对称故障和不对称故障。说白了，就是看三相电压是不是“一起倒霉”。
2.1.1 对称故障
对称故障，也叫三相短路。三相同时短路，电压一起跌。这种故障最严重，但说实话，在实际电网中发生的概率并不高。我统计过某风电场三年的数据，对称故障只占全部故障的5%左右。
为什么它最严重？因为三相短路时，短路电流最大，电压跌落最深。风机并网点电压可能直接跌到0.2 pu以下。这时候，变流器要输出很大的无功电流去支撑电压，压力非常大。
2.1.2 不对称故障
不对称故障就复杂多了。包括单相接地、两相短路、两相接地短路。其中，单相接地最常见，占比能到70%以上。
不对称故障有个麻烦事——会出现负序分量。你想想看，三相电压不平衡了，正序、负序、零序全冒出来了。风机变流器如果只按正序控制，负序分量就会导致直流母线电压二倍频波动，严重时直接触发过压保护。
我记得有一次，某风场频繁报“直流母线过压”故障，查了半天，发现是35kV集电线路单相接地，负序电流导致变流器直流侧二倍频振荡。后来我们在控制策略里加了负序抑制，问题才解决。
2.2 电压跌落深度与持续时间
这两个参数，是低电压穿越的核心指标。电压跌多深？跌多久？直接决定了风机要不要脱网。
2.2.1 电压跌落深度
电压跌落深度，通常用并网点电压的标幺值来表示。比如，额定电压是690V，跌到138V，那就是0.2 pu。
各国标准对跌落深度的要求不一样。咱们国家GB/T 19963.1-2021规定，风机在并网点电压跌至0.2 pu时，必须保持并网运行625ms。欧洲有些标准要求更严，0.15 pu甚至0 pu都要撑住。
| 电压跌落深度（pu） | 要求保持并网时间（ms） | 典型场景 |
|---|---|---|
| 0.2 | 625 | 三相短路近区 |
| 0.5 | 1000 | 两相短路 |
| 0.85 | 连续运行 | 轻微电压暂降 |
这里要注意，电压跌落深度不是一成不变的。故障点离风机越近，电压跌得越深。我在项目中遇到过，同一台风机，故障点在不同位置，电压跌到0.3 pu和0.6 pu，差别很大。
2.2.2 持续时间
持续时间，就是电压低于某个阈值的时间长度。一般从故障发生瞬间开始算，到电压恢复到0.9 pu以上为止。
持续时间的长短，取决于继电保护的动作速度。现代电网保护动作时间一般在40ms到100ms之间，加上断路器开断时间，总故障清除时间通常在100ms到200ms。
但为什么标准里要求撑625ms甚至更久？因为要考虑重合闸。故障清除后，电网会尝试重合闸，如果重合到永久性故障上，电压会再次跌落。风机得扛住这“二次冲击”。
2.3 故障清除与恢复过程
故障不会一直存在，保护会动作，断路器会跳闸，然后电网会尝试恢复。这个过程，风机也得配合好。
2.3.1 故障清除
故障清除，就是保护装置检测到故障，发出跳闸信号，断路器断开，故障点与电网隔离。这个过程很快，一般几十毫秒。
但故障清除不等于电压立即恢复。因为故障点虽然切除了，但电网中的电磁暂态过程还在继续。电压会有一个“爬升”的过程，不是瞬间跳回额定值。
2.3.2 电压恢复过程
电压恢复，通常分为两个阶段：
- 快速恢复阶段：故障清除后0~100ms，电压从跌落点快速回升到0.8~0.9 pu。这个阶段，风机要继续提供无功支撑，帮助电网“扶”起电压。
- 慢速恢复阶段：100ms之后，电压缓慢回升到额定值。这个阶段，风机可以逐步减少无功输出，恢复正常有功控制。
我建议大家在设计低电压穿越策略时，把恢复过程也考虑进去。别以为电压一恢复就万事大吉了。恢复过程中如果控制不当，可能引起过电压或功率振荡。
2.3.3 有功功率恢复速率
标准里还规定了有功功率恢复速率。GB/T 19963.1-2021要求，故障清除后，风机有功功率恢复速率不低于10%额定功率/秒。也就是说，如果额定功率是2MW，每秒至少要恢复200kW。
为什么要限制恢复速率？怕功率恢复太快，电网受不了。你想想看，一个风电场几十台风机同时恢复功率，对电网的冲击是很大的。所以，要“慢慢来”。
2.4 知识体系框架
下面这张图，是我自己总结的本章知识体系。你可以把它当作一个“地图”，方便理解各个概念之间的关系。
这张图把本章的核心逻辑串起来了。从故障类型出发，到核心参数，再到恢复过程和控制策略。你可以在后续章节中反复对照这张图，理解每个环节的定位。
好了，这一节就到这里。内容不少，但都是干货。下一节我们会讲低电压穿越的测试方法，到时候会用到今天讲的概念。