适用于双馈风电场联络线的距离保护方案
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国网湖北省电力公司、国网江苏省电力公司电力科学研究院、强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学）的研究人员杨增力、孔祥平、王力军、张哲、周虎兵，在2016年第24期《电工技术学报》上撰文指出，风电场联络线作为风电场向电网输送功率的重要通道，其稳定运行对于风电场和电网的安全稳定运行具有重要影响。
双馈风电机组故障电流特性复杂，将导致基于全波傅里叶算法的传统距离保护应用在双馈风电场联络线上时性能严重劣化，难以满足实际电网安全运行要求。因此提出一种距离保护方案。该方案以瞬时值表征的微分方程算法为基础，通过数字低通滤波、故障点电压重构和故障距离迭代计算等技术保证距离测量的正确性。
仿真结果表明，该距离保护方案的整体性能明显优于传统距离保护方案，可较好地满足工程应用要求。
近年来，随着风电并网容量的快速增长，双馈感应发电机（Doubly-Fed InductionGenerator, DFIG）作为风力发电技术的主流方案，其应用也越来越广泛[1-3]。受自然条件、地理环境等因素的限制，DFIG难以像光伏发电机组一样实现分布式、就地并网。因此，DFIG一般采用单元接线方式，并联分组后就地形成集约式风电场，然后经过升压变压器，通过联络线连接到配电网或输电网中[4]。
双馈风电场联络线作为风电场向电网输送功率的重要通道，其运行安全对于风电场和电网的安全稳定运行都具有重要意义。因此，电网故障时确保双馈风电场联络线保护正确、可靠的动作对风电场和电网至关重要。
双馈风电场的运行方式受气候条件等因素的影响，具有明显的随机性和间歇性[5-7]。鉴于距离保护，特别是距离保护Ⅰ段受系统运行方式变化的影响较小，许多学者推荐采用距离保护作为联络线的主保护或后备保护[8]，以保证双馈风电场联络线的运行安全。进一步地，文献[9-11]提出了距离保护的自适应整定方案，以应对双馈风电场运行方式变化的影响。
这些传统的或自适应整定的距离保护动作的基本原则是：利用保护安装处测量得到的电压和电流中的基频分量，计算保护安装处与故障点之间的视在阻抗，并以此来判断是否为区内故障。然而，对DFIG故障电流特性的分析表明[12-16]，其变化特征与传统同步发电机馈出的故障电流存在较大差异，导致上述基于全波傅里叶算法的距离保护方案的测量阻抗无法正确反应故障距离。这意味着，其应用于双馈风电场联络线上时，保护性能严重劣化[17-21]，难以满足实际应用要求。
为了解决基于全波傅里叶算法的距离保护方案应用在双馈风电场联络线上所面临的问题，本文提出了一种由输电线路微分方程、低通滤波、故障点电压重构和故障距离迭代计算四部分构成的距离保护方案，该方案以瞬时值表征的微分方程算法为基础构成，因此，其性能不受DFIG复杂故障电流特性的影响。采用低通滤波器有效消除了测量电压和电流中高频分量对微分方程算法的影响。
通过对故障点电压进行重构，保证经过低通滤波后，保护安装处测量得到的电压、电流以及故障点电压等电气参数仍符合原始输电线路参数模型。仿真算例表明，本文提出的距离保护方案的整体性能明显优于传统距离保护方案。
基于全波傅里叶算法的距离保护存在的问题
随着风电并网容量的不断增长，新并网规程要求风电机组必须具备低电压穿越运行能力[22]。为了提高DFIG的低电压穿越运行能力，一种常用的办法是安装撬棒电路[23]。当电网电压跌落较为严重时，撬棒电路投入，断开转子侧变流器与转子绕组的连接，并通过撬棒电阻将转子绕组短路。
撬棒电路的投入，使得双馈电机的短路电流特性更为复杂，给基于全波傅里叶算法的传统距离保护的动作性能带来了诸多不利影响，主要表现在以下三个方面。
（1）在风电场近区发生故障时，撬棒电路将自动投入。由于撬棒电路投入前后，DFIG馈出的故障电流特性发生明显变化，且撬棒电路的投入存在时延，因而导致基于全波傅里叶算法的距离保护算法出现跨数据窗问题，影响测量阻抗的计算精度。
（2）一旦撬棒电路投入，DFIG的故障电流中会出现角频率约等于转子旋转角速度的衰减电流分 量[13]，且该电流分量的衰减时间常数很小。一般来说，DFIG允许的转子转速范围为0.7～1.3(pu)，意味着上述衰减电流分量的频率和基频相差不大。因此，上述衰减电流分量的存在会给故障电流基频分量的计算带来较大的误差。
（3）当联络线上发生三相对称故障，撬棒电路投入后，DFIG故障电流中只有角频率分别约等于转子旋转角速度和0的两个衰减电流分量[13]，不存在传统距离保护计算测量阻抗所需的基频分量，从而导致保护失效。
综上，基于全波傅里叶算法的传统距离保护难以直接作为双馈风电场联络线保护使用，需要采用新的保护方案。
图1 输电线路单相接地故障模型
结论
为了解决传统保护方案应用在双馈风电场联络线上性能严重劣化的问题，提出了一种基于微分方程算法的距离保护方案，以保障风电场和电网的运行安全。仿真研究表明，所提距离保护方案的整体性能明显优于传统距离保护方案：不受DFIG复杂的故障电流特性的影响，能正确识别区内和区外故障，可较好地满足实际应用要求。