1.3 风电机组和风电场的故障特征分析

对于继电保护尤其是快速动作的主保护而言，主要关注风电机组提供短路电流的能力。另外，由于距离保护等保护的性能与系统的等效正负序阻抗密切相关，风电机组和风电场的等效正负序阻抗特征也应该得到足够的重视。

文献[23]通过power factory 软件包仿真分析了普通异步风力发电机组的短路电流幅值与衰减特征。其结论是：短路发生后普通异步机组能够提供很大的瞬间短路电流，但却很快衰减，不具备提供持续短路电流的能力。文献[24]采用同样的方法对双馈型风电机组的短路电流进行了分析，双馈型风电机组瞬间短路电流略小于普通异步机组，相对于普通异步机组，其衰减时间也比较长，此种类型的机组具有提供一定的持续短路电流的能力。

文献[25]以新疆达坂城风电场为研究对象，考虑风速变化对风电场提供短路电流的影响，指出阵风和渐变风影响风力发电机有功出力，加大短路电流。

文献[26-27]研究了风电场的等值问题，分析了风电场并网点故障电流的特征以及影响风电场短路故障特征的因素。文献[27]的研究结果显示三相短路时故障电流最大为额定电流的8 倍，并绘制了两相短路和单相短路的故障电流曲线，得出了故障电流幅值不能作为判断故障类型方法的结论。

1.4 总结和建议

对于大规模风电的接入，不同专业的关注点不同。对于继电保护而言，其关注点不仅仅在于故障电流的大小，更关注故障电流的波形特征，以及影响现有保护原理的诸如正负序阻抗等系统特征。

短路电流的波形及暂态谐波含量将影响以傅里叶算法为基础的工频量保护的性能，进而引起保护的拒动或误动，对电网的安全运行造成威胁。

双馈和直驱风电机组的控制策略将直接影响到故障电流的幅值、衰减等故障特征。到目前为止，在故障电流的计算以及故障分析过程中，crowbar保护已得到充分的考虑。由于涉及到具体的控制策略，永磁直驱风电机组的短路电流特征并未得到充分的研究。控制系统被大多数生产制造企业视为技术机密，可以预见，若永磁直驱风电机组成为大规模风电场的主力机型，由于无法充分掌握故障特征，将使得继电保护面临比以往更为困难的局面。

采用电磁暂态仿真手段进行故障电流以及故障特性的研究是解决这一问题的较好途径，但同样面临控制策略方面的技术障碍。

2 风电场集电线路与网络的继电保护

大规模风电场机群之间采用 35kV电压等级组成网络并通过并网点直接与高压电网相连接，与配电网络具有相同的网络结构。但针对辐射型配电网设计的继电保护直接应用于风电场集电网络保护时会存在适应性问题。这与近年来分布式电源接入配电网所带来的继电保护问题相同，综述如下。

文献[23-24，28]考虑风电场允许短时电动机运行的特点以及风电机组短路电流的衰减特性，论述了对于快速动作的保护必须考虑潮流反向的影响而在必要时装设方向式过流保护，在其整定时也必须考虑风电场馈出的短路电流;而当保护装置的动作时间超过5个周期之后，则由于风电场短路电流的衰减特性，可以不考虑风电场的影响。

文献[29-30]讨论了风电场接入系统后对配电网继电保护的影响及对策。文献[29]分析了定子故障电流的构成以及各分量的衰减规律，指出风电场接入辐射型配电网，会造成接入母线的下一级输电线路电流速断保护范围增大，从而使得保护造成失去选择性，同时也会造成该母线上一级输电线路定时限电流速断保护范围缩小。针对辐射型电网风电接入后阶段式电流保护的问题，提出配置自适应电流保护来识别并切除故障，并验证了其有效性。文献[30]利用继电保护测试设备和实际的继电保护装置，通过仿真研究了过电流保护受风电场影响的情况。由于感应电动机故障之后仅能提供短时故障电流，反时限过电流保护可能因为故障电流的衰减而不能够正确动作，从而影响整个保护系统的性能。