计及低穿控制的混合型风电场短路电流特性与故障分析方法研究
近些年来世界风电发展迅猛，自2010年中国已经成为风电装机容量最多的国家，尤其是内蒙、甘肃、吉林等地区风电发展很快。但风力发电的大规模接入给电网造成的影响也越来越明显，其中风力发电并网对继电保护的影响已经成为当前电力系统领域备受关注的问题。
随着风电场并网容量的增加，其短路电流对保护的影响不能再忽略不计。不精确的短路电流计算会影响故障分析的结果，进而使保护动作特性的评估产生误差。因此，有必要深入研究风电场短路电流特性，并对风电场接入后的电网故障分析方法进行研究。
目前已有文献针对风电场短路电流计算进行了研究，文献[1,2]将双馈风电场等效为一台等容量的双馈风机，并将Crowbar投入后的双馈风机作为异步发电机处理，计算了双馈风电场的短路电流。文献[3,4]利用电气参数和输出功率求取等效风速，建立了永磁风电场的单机等效模型，并将其等效为恒功率电流源，计算了永磁风电场的短路电流。
但以上研究均未考虑风电场中风机的多样性，以及故障期间控制策略对短路电流的影响。而目前风电机组普遍具有低电压穿越能力，其在故障期间低电压穿越控制策略将对其短路电流特性造成很大影响；且已有部分混合型风电场在建设过程中装配了双馈、永磁两类机组，这两类风机的短路电流特性存在较大区别。因此，忽略控制策略与风机类型的影响会使风电场短路电流计算产生较大误差，有必要考虑控制策略的影响，提出含双馈、永磁风电机组的混合型风电场暂态模型。
风电场装机总量可达到几十台甚至上百台，对每台机组均详细建模，会极大的增加计算难度，因此，需在分析风电机组暂态模型的基础上，提出风电场的简化方法。文献[5,6]提出了以故障瞬间风机转速和桨距角动作特征为分群指标的风电场简化等效方法。但上述研究主要用于简化仿真复杂度、减少计算时间，无法给出解析模型。
文献[7,8]基于风电场并网点测量值进行参数辨识，建立了风电场的辨识模型。但该研究主要用于潮流计算与稳定性分析，在稳态时具有较高的准确度，暂态时准确度较差，不适用于风电场的故障暂态过程分析。因此有必要分析风电场故障暂态特性，提出适用于短路计算的风电场简化等效方法。
此外，由于风机多样性与低电压穿越控制策略的影响使得风电场与同步发电机的故障特性存在较大区别。简单的将故障后风电场等效为同步发电机对电网进行故障分析将会产生较大误差。传统以同步发电机为基础的电网故障分析理论已难以满足风电场接入后电网故障分析的要求。
本文首先分析故障期间控制策略对风机暂态过程的影响，建立双馈风机与永磁风机的单机等效模型；在此基础上，采用分群聚合等效的方法，建立含多类型风机的风电场简化等效模型；进一步分析风电场短路电流的变化规律，给出风电场的短路电流计算方法。最终采用RTDS建立含多类型风机的物理实验平台，验证所提短路计算方法的准确性。最后，在分析风电场简化等效模型的基础上，提出适用于风电场接入的电网故障分析方法。
图1双馈风电机故障后等效电路
结论
针对大规模风电场故障分析中风机类型多样、现有模型无法等效风电场的故障暂态过程等问题。本文考虑了低电压穿越控制策略的影响，建立了双馈与永磁风电机组的单机等效模型。并在分析故障期间短路电流变化机理的基础上，采用分群聚合等效，提出了风电场的短路电流计算方法。并在此基础上对含风电场接入的电网故障分析方法进行了探讨与分析。
RTDS实验平台的测试结果表明：
1）分析了低电压穿越控制策略对风电机组暂态过程的影响机理，根据我国新的风电并网标准的要求，建立了故障期间双馈风机与永磁风机的等效模型，准确的描述了各类风机的暂态过程。
2）经实验验证本文所提的风电场短路电流计算方法不仅能够精确的计算风电场的短路电流的初值与稳态值，还能较准确的描述短路电流的变化规律。
3）针对故障稳态时双馈、永磁风机等效电路的特性，提出了适用于风电场接入的电网故障分析方法，准确计算了风电场接入后的电网在对称、不对称故障下各支路中的短路电流。
