1.2 风电机组的短路电流计算

1.2.1 感应式异步发电机

感应式异步发电机的短路电流计算并不是一个新问题。文献[2]推导了异步风力发电机空载发生定子三相短路时短路电流的解析表达式，基于感应发电机正常运行时绕组电阻可以忽略和滑差很小这2点假设，得出短路半个周期之后定子磁链和转子磁链相差180°的结论，在此基础上推导出短路电流最大值的解析表达式和衰减规律。该文献得到的短路电流最大值的误差可达10%~20%。文献[3]在相同假设的基础上利用空间矢量分析方法推导出鼠笼式感应发电机的短路电流的解析表达式，值得指出的是，该文献利用序分量理论分析了不对称短路时感应发电机的短路电流，该结果对继电保护性能分析和灵敏度校验具有积极的意义。

文献[4]利用Power Factory软件包仿真分析了感应式异步发电机的短路电流，其结论与上述文献[2-3]的结论相同，即故障时感应式异步发电机向电网注入了可观的故障电流，随着故障时间的持续该电流逐渐衰减，衰减时间与故障类型相关，对于三相故障而言，衰减最为迅速。

文献[5]在利用电力系统实时仿真平台RT-Lab软件包分析感应式异步发电机短路电流时考虑了原动机及其控制系统的作用，其结论并非专门针对继电保护，但从仿真结果中仍能够验证文献[3]分析的正确性，即在相间短路时，非故障相的短路电流缓慢增加到稳态值，故障相的短路电流逐渐衰减。

1.2.2 双馈型异步发电机

双馈感应发电机的短路电流分析是近年来的研究热点[2-3,6-16]。双馈感应发电机的滑差由于转子电流控制而不能再被认为是一个很小的数值，外部短路时撬棒(crowbar)电阻的作用使得转子回路的电阻不能被忽略。文献[2]考虑以上因素，并考虑了短路发生后定子与转子磁链的相位关系，推导出考虑crowbar电阻的双馈异步发电机短路电流计算公式。文献[3]基于空间矢量理论和序分量理论推导出考虑不对称故障时的双馈异步发电机短路电流解析表达式，并分析了crowbar电阻数值以及升压变和联络线阻抗对短路电流的影响。文献[6]以电压跌落后物理过程的分析为基础，根据磁链平衡方程，在转子侧电压保持不变的假设下得出了短路电流的解析表达式。该方法考虑了双馈发电机控制策略和控制参数的多样性，通过考虑转子侧电压不变和转子侧电压瞬间调整2种极限情况，得出的短路电流计算公式具有很强的工程实用性。文献[7]采用频域分析法求解双馈发电机的短路电流，其假设短路过程中转速、转子励磁电压和频率均保持不变，在此基础上推导出双馈发电机三相短路时的故障电流表达式。文献[6]和文献[7]并未考虑crowbar保护电路对短路电流的影响。

值得注意的是，以上关于双馈发电机故障电流的分析过程都没有考虑控制系统的作用，实际上对于快速响应的电力电子设备，控制系统势必影响异步发电机电磁暂态过程，从而对快速动作的主保护产生影响。

1.2.3 永磁直驱同步发电机

永磁直驱同步发电机通过脉宽调制(pulse widthmodulation，PWM)控制的电力电子设备并网，其短路电流与并网电力电子设备密切相关。到目前为止，并没有检索到针对永磁直驱同步发电机短路电流的相关研究问题，文献[17-22]在进行低电压穿越控制研究时分析了永磁直驱同步发电机的稳态短路电流特征。

文献[17]认为短路电流可以按照不超过并网换流器额定电流来考虑。作者认为，就目前的情形而言，这种方法可以作为工程上进行整定计算的一个依据。

文献[18-22]均提出了各自的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行方案，并给出了电网故障时的仿真波形，对于永磁直驱风电机组的短路电流特征分析具有一定的意义。但是，从文献[18-22]中同样能够发现，电网故障后的短路电流随着不同风电机组采用不同的控制策略而具有明显的不同，这也给继电保护的整定带来了巨大的障碍。在现有条件下，要求继电保护工作者熟悉并了解不同制造商提供的风电机组的控制策略，并据此进行保护整定是不现实的，因此目前对于以永磁直驱机组为电源的电网的整定必然存在一定的不适应性和不合理性。

同时需要说明的是，在低电压穿越的研究中母线电压的跌落和故障是不同的，前者的跌落程度显然要轻微得多，一般情况下继电保护所面对的近端故障情况母线电压跌落会严重得多，此时的永磁直驱风电机组的故障电流如何，并没有引起足够的关注。