随着电力电子化系统的发展,电力电子装备遍布于现代电力系统中。并网电压源型变换器作为电力电子装备与电力网络之间的能量交换接口,其故障特性分析对电力系统的安全、稳定和高质量运行具有重大作用和意义。本文综合考虑了变换器的多尺度高阶耦合特征、暂态切换特征以及内部控制器中的非线性环节,在不同暂态事件下对变换器故障特性的影响。考虑到暂态切换带来的控制结构的改变,本文分别建立了深度故障和浅度故障下的变换器暂态模型。基于该模型,本文在单机无穷大场景下分别分析了深度故障和浅度故障下,以及短时故障和长时故障下,并网电压源型变换器的故障电流及其内电势幅值频率的故障特性,同时分析了影响变换器故障特性的关键因素。具体内容包括:(1)分析了并网电压源型变换器多时间尺度控制特征以及暂态事件下的暂态切换特性,基于此梳理了不同故障程度下变换器的原始控制模型,重点围绕电网故障下并网电压源型变换器故障特性分析主要需要解决的问题与挑战进行了阐述和分析。(2)分别建立了深度故障和浅度故障下,用于分析并网变换器故障特性的变换器暂态模型。深度故障下重点考虑了锁相环动态和极坐标变换对变换器故障特性的影响,建立了由非线性子系统和线性子系统叠加而成的变换器暂态模型。浅度故障下则重点考虑了电压外环和电流内环的级联控制对变换器故障特性的影响,并基于多时间尺度思想,建立了由电压外环子系统和电流内环子系统叠加等效的浅度故障下的变换器暂态模型。同时通过仿真对比暂态模型与详细模型的电气量时域波形,验证了暂态模型的正确性。(3)基于深度故障下并网电压源型变换器暂态模型,推导了考虑锁相环动态的变换器故障电流时域解析式;根据故障电流的解析式对短时故障和长时故障下,影响故障电流暂态特性的因素进行了讨论分析;并详细考虑了极坐标变换对变换器内电势幅值频率故障特性的影响,结合希尔伯特黄时频分析方法,发现并总结了并网电压源型变换器故障电流及其内电势幅值频率的多尺度非周期时变特性。(4)基于浅度故障下并网电压源型变换器暂态模型,在单机无穷大场景下,推导了故障电流、内电势幅值频率的时域解析式;重点讨论了控制器参数,滤波参数以及电网跌落深度等对故障电流振荡频率和衰减因子的影响。总结了浅度故障下并网电压源型变换器的故障电流、内电势dq分量以及内电势幅值频率的周期时变特性和多尺度故障特性。