PCS 电压穿越（Voltage Ride-Through, VRT）技术介绍
- 作者：海外事业部 · 技术中心
- 适用产品：ENJOY EPCS125-AM / EPCS105-AM 系列储能变流器（PCS）
一、概述
电压穿越（Voltage Ride-Through, VRT）是并网型电力电子设备（PCS、光伏逆变器、风电变流器等）的强制合规项。它要求当电网电压因故障或其他原因发生暂态偏离时，设备保持并网、主动支撑、并按电网调度恢复——而不是简单"看见低压就跳开"。
随着新能源装机占比不断提升（欧盟 2025 年风光合计发电占比已超过 40%），传统"逆变器一遇故障就脱网"的策略会引发连锁跳机——2016 年澳洲"9·28"大停电、2019 年英国"8·9"大停电、2021 年美国得州大停电，均与新能源机组在故障期间集体脱网直接相关。
本文目的：
- 系统讲解 PCS 电压穿越的概念、参数、标准
- 对照全球主要并网标准的差异
- 给出 ENJOY EPCS125-AM 系列在已通过认证中的实测能力
- 提供项目实施时的应答模板与常见坑
二、什么是电压穿越
2.1 基本定义
电压穿越 = 当电网电压暂态偏离正常范围时，PCS 在规定时间内保持不脱网，并按电网需要输出/吸收无功或维持有功的能力。
它的英文名 "Ride-Through" 直译为"骑过去"，形象地表达了"扛过这一关、不掉链子"的含义。
2.2 三大类别
| 类别 | 全称 | 触发场景 | 典型持续 |
|---|---|---|---|
| LVRT | Low Voltage Ride-Through，低电压穿越 | 短路故障、大电机启动、变压器合闸涌流 | 100 ms ~ 3 s |
| HVRT | High Voltage Ride-Through，高电压穿越 | 甩负荷、电容组投切、单相接地导致非故障相升高 | 60 ms ~ 60 s |
| ZVRT | Zero Voltage Ride-Through，零电压穿越 | 近端三相金属性短路 | 100 ~ 150 ms |
传统思维："电压低 → 赶紧跳开，保护自己"
现代要求："电压低 → 留在网上，主动帮电网恢复"
这是"自我保护"与"电网责任"的根本转变。电网需要 PCS 在故障期间：
- 不离网（避免连锁跳机）
- 发无功（支撑电压恢复）
- 限制有功（避免加剧故障）
- 故障清除后快速恢复正常出力
三、为什么 PCS 必须具备电压穿越能力
3.1 电网稳定性要求
大规模可再生能源接入电网后，传统火电/水电的同步发电机占比下降。同步发电机天然具备故障穿越、惯量响应、无功支撑能力，而电力电子设备需要主动模拟这些能力。
3.2 法规合规要求
目前全球主要电网规范均强制要求并网设备具备 VRT 能力：
- 中国 GB/T 34133-2017《储能系统接入电网技术规定》
- 欧盟 EN 50549-1/-2/-10（2019~2022）
- 英国 G99 Issue 2（含 Amd 7, 2024）
- 北美 IEEE 1547-2018
- 德国 VDE-AR-N 4105/4110/4120
- 意大利 CEI 0-21 / CEI 0-16
- 澳洲 AS/NZS 4777.2:2020
没有 VRT 认证证书 = 不能并网。
3.3 构网型（GFM/VSG）储能的新需求
随着同步机比例下降，新一代并网导则（如英国 GC0137、澳洲 CSIP-AUS、南非 Grid Code 9.0）开始要求：
- Grid-Forming（GFM）模式：储能主动建立电网电压/频率参考
- Virtual Synchronous Generator（VSG）：模拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频
- Black Start（黑启动）：电网全停后储能自主带负荷启动
这些能力都以电压穿越为基础——VRT 不合格的设备根本无法参与构网运行。
四、电压穿越核心参数详解
4.1 电压-时间包络线（Voltage-Time Profile）
这是电压穿越的第一硬指标——定义了"电网电压在某个区域内时，PCS 必须保持并网"。
典型 GB/T 34133-2017 曲线（参考）
曲线下方 = 允许脱网区域；曲线上方 = 必须保持并网。
EN 50549-10:2022 曲线（储能专用）
- 0.05 pu 持续 ≥ 150 ms
- 0.20 pu 持续 ≥ 625 ms
- 0.85 pu 持续 ≥ 3.0 s
IEEE 1547-2018 Category III（最严）
- 0.0 pu 持续 ≥ 160 ms
- 0.30 pu 持续 ≥ 1.6 s
- 0.65 pu 持续 ≥ 3.0 s
- 0.88 pu 持续 ≥ 5.0 s
4.2 无功电流响应系数 k（Reactive Current Coefficient）
公式：
其中：
- ：正常电压参考值（通常 0.9 pu）
- ：当前实测电压
- k：响应系数，单位 pu/pu
k 值越大 → 电压支撑越强 → 越受电网欢迎
| 标准 | 典型 k 值 |
|---|---|
| GB/T 34133 | 1.5 ~ 3.0（推荐 2.0） |
| EN 50549-10 | 2.0 ~ 6.0（可选 4.0） |
| IEEE 1547-2018 Cat III | 2.0 ~ 6.0（默认 4.0） |
| G99 | 2.0 |
| VDE-AR-N 4110 | 2.0 |
响应时间：故障发生后 ≤ 20 ms（1 个工频周期）发出无功电流。
4.3 故障期间运行优先级
优先级（从高到低）：
即：电压跌落期间，先发无功稳住电压，再考虑有功。
具体策略：
- LVRT 期间：有功可降至 0（GB/T、IEEE）；EN 50549-10 储能可继续小功率充电（≤0.1 pu），这是 BESS 比 PV 的独特优势
- HVRT 期间：有功降至 0，可吸收无功降压
4.4 故障清除后恢复
- 故障清除后 ≤ 500 ms：有功恢复到 ≥ 90%
- 电流爬升斜率：每周期 ≤ 0.2 pu
- 频率响应：恢复期间频率扰动应 ≤ 0.5 Hz
五、全球主要并网标准对照
5.1 标准速查表
| 地区 | 标准 | 核心曲线 | k 值 | 不对称故障 | 储能专用 |
|---|---|---|---|---|---|
| 中国 | GB/T 34133-2017 | 0.20 pu / 625 ms | 2.0 | 单相、两相 | 章节 9 |
| 欧盟 | EN 50549-10:2022 | 0.05 pu / 150 ms | 2.0~6.0 | 三相 + 不对称 | ✅ 储能全条款 |
| 英国 | G99 Issue 2 Amd 7 | 0.05 pu / 140 ms | 2.0 | Type B/D 区分 | Form A/B/D |
| 德国 | VDE-AR-N 4110:2023 | 0.05 pu / 150 ms | 2.0 | 全套 | FGW TR3/TR4 |
| 意大利 | CEI 0-21:2022 | 0.20 pu / 200 ms | 2.0 | 单相 | 章节 8 |
| 法国 | DIN VDE 0126 (Type A/B) | 0.20 pu / 500 ms | 2.0 | 单相 | Type A/B |
| 北美 | IEEE 1547-2018 Cat III | 0.0 pu / 160 ms | 4.0 | 不对称 | Cat I/II/III |
| 澳洲 | AS/NZS 4777.2:2020 | 多点曲线 | 4.0 | 三相 | Appendix F |
5.2 关键差异点
- 最严苛曲线：IEEE 1547-2018 Cat III（要求 0 pu 穿越 160 ms）
- 最快响应：EN 50549-10、G99（要求 10~20 ms 启动无功注入）
- 储能专属条款：EN 50549-10（故障期间可反向充电）
- 最复杂仿真要求：VDE-AR-N 4110/4120（要求 DIgSILENT PowerFactory 模型）
六、ENJOY EPCS125-AM 系列电压穿越实测能力
6.1 产品简介
ENJOY EPCS125-AM 系列是恩玖科技面向欧洲、澳洲、亚洲市场开发的双向储能 PCS，包含 3 个型号：
| 型号 | 额定功率 | 用途 |
|---|---|---|
| EPCS125-AM | 125 kW | 商业储能、工商业光储一体 |
| EPCS125-AM-F | 125 kW | 含离网切换功能版本 |
| EPCS215-AM-HX | 215 kW | 商业储能、工商业光储一体 |
核心技术参数：
- 额定电压：230/400 Vac（三相四线）
- 额定频率：50 Hz / 60 Hz 自适应
- 拓扑：两电平 IGBT + LCL 滤波器
- 软件版本：V200B000D000（截至 2025 年）
- 控制平台：DSP + FPGA 双核架构
- 通讯接口：RS485 / CAN / Ethernet（Modbus RTU/TCP、CAN 2.0B）
6.2 已通过的 VRT 相关认证（这里仅展示部分证书详细内容跳转证书中心）
| # | 国家/地区 | 证书编号 | 标准 | LVRT | HVRT | ZVRT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 欧盟通用 | COCPVP0201925E-001 | EN 50549-1+10 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 2 | 欧盟（MV） | COCPVP0201925E-002 | EN 50549-2+10 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 3 | 德国 | 250194RECO01-CER | VDE-AR-N 4110/4120 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 4 | 英国 | COCPVP1007024E-001 | G99 Type D | ✅ | ✅ | ✅ |
| 5 | 英国 | 2588AP060242001 | G100 | ✅ | ✅ | — |
| 6 | 西班牙 | 240375RECO01-CER | UNE 217001 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 7 | 西班牙 | 240375RECO02-A/B | UNE 217002 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 8 | 意大利 | COCPVP0308024E-001 | CEI 0-21 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 9 | 意大利 | COCPVP0308024E-002 | CEI 0-16 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 10 | 法国 | COCPVP0309625E-001/002 | Type A / Type B | ✅ | ✅ | ✅ |
| 11 | 波兰 | COCPVP0500525E-002 | Type D / NC RfG | ✅ | ✅ | ✅ |
| 12 | 荷兰 | COCPVP0500525E-003 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 13 | 瑞典 | COCPVP0500525E-004 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 14 | 芬兰 | COCPVP0500525E-005 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 15 | 捷克 | COCPVP0510025E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 16 | 丹麦 | COCPVP0600525E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 17 | 罗马尼亚 | COCPVP0600525E-002 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 18 | 比利时 | COCPVP0600525E-003 | Synergrid C10/11 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 19 | 匈牙利 | COCPVP0703625E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 20 | 瑞士 | COCPVP0703625E-002 | ESTI | ✅ | ✅ | ✅ |
| 21 | 奥地利 | COCPVP0206725E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 22 | 希腊 | AOCPVP0909825E-001 | EN 50549 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 23 | 南非 | COCPVP0500525E-001 | NRS 097-2-1 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 24 | 沙特 | DSS_PCS-25-1206 | SASO / IEC 62116 | ✅ | ✅ | — |
| 25 | 澳洲 | 100~125kW 澳洲证书 | AS/NZS 4777.2 | ✅ | ✅ | ✅ |
| 26 | 澳新 | COCPVP1104724E-002 | AS/NZS 4777.2 + IEC 61727/62116 | ✅ | ✅ | ✅ |
总覆盖率：22 国 + 2 类（欧盟通用 MV/LV）= 24 套并网区域。
6.3 关键实测能力（基于认证测试数据）
6.3.1 LVRT 实测（以 EN 50549-10:2022 为例）
| 测试点 | 测试电压 | 持续时间 | 实测结果 |
|---|---|---|---|
| 1 | 0.05 pu | 150 ms | 保持并网，无功注入 k=2.0 |
| 2 | 0.20 pu | 625 ms | 保持并网，无功注入 k=2.0 |
| 3 | 0.50 pu | 1.5 s | 保持并网，故障清除后 480 ms 恢复 90% 有功 |
| 4 | 0.75 pu | 2.0 s | 保持并网，故障清除后 380 ms 恢复 90% 有功 |
测试条件：100% 额定功率（125 kW）、50 Hz、三相对称跌落、动态无功电流响应时间 ≤ 20 ms。
6.3.2 HVRT 实测
| 测试点 | 测试电压 | 持续时间 | 实测结果 |
|---|---|---|---|
| 1 | 1.10 pu | 60 s | 保持并网，吸收无功 |
| 2 | 1.15 pu | 60 s | 保持并网，吸收无功 |
| 3 | 1.20 pu | 1 s | 保持并网，吸收无功 |
| 4 | 1.30 pu | 100 ms | 保持并网，吸收无功 |
6.3.3 不对称故障实测
| 故障类型 | 实测结果 |
|---|---|
| 单相跌落（AN 相 0.0 pu，BC 正常） | 保持并网，负序电流 ≤ 5% 额定 |
| 两相跌落（AB 相 0.0 pu，C 正常） | 保持并网，负序电流 ≤ 5% 额定 |
| 三相对称跌落（0.05 pu） | 保持并网，正序电流按 k=2.0 响应 |
6.4 仿真模型与实测双轨验证
ENJOY 为大型并网项目提供 DIgSILENT PowerFactory 仿真模型：
- 模型文件：
EPCS125.pfd - MD5 校验值：
9051EAAF58492DDA68DA1AF3F8353D0C - 仿真平台：DIgSILENT PowerFactory 2024
- 配套标准：VDE-AR-N 4110/4120 + FGW TR3 Rev. 26 / TR4 Rev. 10
适用范围：
- 投标阶段电网冲击研究（Grid Impact Study, GIS）
- 系统暂态稳定性分析（Transient Stability）
- 故障穿越能力仿真验证
- 多机并联谐波交互分析
6.5 第三方测试报告与认证机构
所有测试由 SGS、TÜV、Intertek、DNV、CESI 等国际权威第三方机构出具，测试程序符合：
- ISO/IEC 17065（产品认证体系）
- IEC 61400-21-1（功率质量测量方法）
- FGW TR3 Rev. 26（德国并网测量技术指南）
每份证书的有效期均为 5 年，最新版 VDE 证书有效期至 2030-06-19。
七、BESS PCS 相比 PV 逆变器的优势
储能 PCS 与光伏逆变器在拓扑、控制上类似，但储能的双向能量流 + 灵活调度赋予其独特的电压穿越能力：
| 维度 | PV 逆变器 | BESS PCS（ENJOY EPCS125-AM） |
|---|---|---|
| LVRT 期间有功 | 必须降为 0 | 可继续小功率放电（EN 50549-10） |
| 故障后恢复 | 受辐照度限制（秒级） | 毫秒级主动爬升 |
| 电压支撑方向 | 单向（只能降有功、给无功） | 双向——VSG 模式模拟同步机 |
| HVRT 期间 | 降功率或停机 | 切入 STATCOM 模式吸收无功 |
| 零电压穿越 | 多需外加 Crowbar | 内置 DC chopper，主动钳位 |
| 黑启动 | 不支持 | VSG 模式支持（EPCS125-AM-F） |
| 频率响应 | 受辐照度 | 电池双向，全功率响应 |
结论：在新型电力系统中，BESS PCS 不再只是"并网设备"，而是"主动电网支撑资产"。
八、项目实施要点与常见坑
8.1 标准版本确认
坑 1：客户技术规范引用旧版标准。
- 常见现象：标书写"G99 Issue 1"或"EN 50549-1:2019"，但 DSO 已升级到 G99 Issue 2 Amd 7 / EN 50549-1+A1。
- 应对：投标阶段核实 DSO 最新法规，并在 PQD 中明确引用的标准版本号。
8.2 不对称故障能力
坑 2：标书只写"LVRT"，未明确是否要求不对称。
- 多数 DSO 默认要求三相对称 + 不对称（单相、两相） 全套。
- 应对：明确答复"支持 4 种故障模式：三相对称、AB 相、BC 相、AN 相"。
8.3 k 值与电流限幅
坑 3：客户要求 k≥3.0，但 PCS 硬件过流能力 ≤1.5 pu。
- 实际响应会因电流限幅而小于理论 k 值。
- 应对：测试报告需明确"电流限幅前 k=3.0，限幅后实测最大 k=1.4 pu"。
8.4 DC Chopper 配置
坑 4：大功率 BESS LVRT 期间 DC 母线泵升损坏 IGBT。
- 应对：100 kW 以上 BESS 必须配置主动式 IGBT DC chopper（而非被动电阻）。
- ENJOY EPCS125-AM 系列内置 DC chopper，无需外加。
8.5 故障录波与第三方报告
坑 5：投标应答只给出"通过认证"四个字，没有具体波形数据。
- DSO 通常要求实测波形（5 s 录波：故障前 0.2 s、故障中、故障后 1 s）。
- 应对：提供经第三方测试机构（SGS/TÜV）认证的波形图与原始数据。
8.6 仿真模型要求
坑 6：投标阶段客户要求 PSCAD/EMTDC 仿真。
- DIgSILENT PowerFactory 模型仅适用于 RMS 仿真，对暂态过电压（TOV）、开关冲击等电磁暂态分析不够精确。
- 应对：询问客户是否接受 DIgSILENT 模型，或额外准备 PSCAD 简化模型。
8.7 多机并联
坑 7：多个 PCS 并联运行时，PLL 谐振引发误触发。
- 应对：询问是否有现场多机测试经验，或要求 DSO 提供电网阻抗（短路容量）数据。
九、常见问答（FAQ）
Q1：LVRT 和电压闪降（Voltage Sag）的区别是什么？
A：电压闪降是现象（电压短时降低），LVRT 是应对能力（设备在闪降期间保持并网的能力）。闪降可能由短路、大型电机启动、变压器合闸引起。
Q2：EN 50549-10 与 EN 50549-1 的核心区别是什么？
A： - EN 50549-1：通用并网要求（适用于所有发电/储能设备） - EN 50549-10：储能专用附录，包含 LVRT 期间反向充电、VSG 模式、虚拟惯量等独有条款
Q3：ENJOY EPCS125-AM 是否有 VDE-AR-N 4105 证书？
A：ENJOY EPCS125-AM 通过的是 VDE-AR-N 4110:2023-09（中压，>52 kW）与 VDE-AR-N 4120:2018+A1:2024（高压）。4105 主要针对低压小型设备（≤135 kW 三相），可适用但需确认型号范围。
Q4：构网型（VSG/GFM）模式是否需要单独认证？
A：取决于项目要求。ENJOY EPCS125-AM-F 已具备 VSG 功能（详见《构网 PCS 配合接触器并离网切换测试报告》），但部分 DSO 要求单独走 GFM 认证程序（如英国 GC0137、澳洲 CSIP-AUS）。建议在投标阶段与客户明确。
Q5：能否提供针对某一 DSO（如 ČEPS、PSE、Transelectrica）的定制化电压穿越报告？
A：可以。ENJOY 已通过上述全部 18 国认证，每份证书的 Annex 章节都包含该国 DSO 要求的实测波形与曲线。如需针对性应答，可在 5 个工作日内出具针对性应答表。
十、术语表
| 术语 | 英文 | 含义 |
|---|---|---|
| LVRT | Low Voltage Ride-Through | 低电压穿越 |
| HVRT | High Voltage Ride-Through | 高电压穿越 |
| ZVRT | Zero Voltage Ride-Through | 零电压穿越 |
| k | k-factor | 无功电流响应系数 |
| PCS | Power Conversion System | 储能变流器 |
| BESS | Battery Energy Storage System | 电池储能系统 |
| GFM | Grid-Forming | 构网型（主动建立电网参考） |
| VSG | Virtual Synchronous Generator | 虚拟同步发电机 |
| PLL | Phase-Locked Loop | 锁相环 |
| DC Chopper | DC Braking Unit | 直流制动单元 |
| DSO | Distribution System Operator | 配电系统运营商 |
| TSO | Transmission System Operator | 输电系统运营商 |
| DSO/TSO | — | 当地电力公司 |
| PQD | Power Quality Document | 电能质量应答文档 |
十一、参考文献与认证清单
11.1 主要标准
- GB/T 34120-2017《储能变流器通用技术条件》
- GB/T 34133-2017《储能系统接入电网技术规定》
- EN 50549-1:2019+A1:2023 Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks
- EN 50549-2:2019+A1:2023 Connection to MV distribution networks
- EN 50549-10:2022 Additional requirements for storage plants
- VDE-AR-N 4105:2018 Generators connected to LV distribution network
- VDE-AR-N 4110:2023-09 Generators connected to MV distribution network
- VDE-AR-N 4120:2018+A1:2024 Generators connected to HV distribution network
- G99 Issue 2 Amendment 7 (2024) — UK
- IEEE 1547-2018 — Standard for Interconnection and Interoperability of DER
- AS/NZS 4777.2:2020 — Grid connection of energy systems via inverters
- CEI 0-21:2022 + CEI 0-16:2022 — Italy
- FGW TR3 Rev. 26 — Technical guidelines for generating plants (Germany)
- FGW TR4 Rev. 10 — Simulation model (Germany)