计及短路电流频率特征差异的双馈风电场故障等值建模方法/郑涛，曲荣淇
DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2024.0595
研究背景
研究内容
1）风电场内双馈风机短路电流波形的差异分析。
为探究风电场内多种因素对DFIG短路电流特性带来的影响，以风电场内两台处于RSC励磁状态下的DFIG为例，风机1位于近PCC点侧，设置风速为11m/s，设置机组参数1，风机2位于远PCC点侧，设置风速为8m/s，设置机组参数2，两机的短路电流a相瞬时值曲线如图1所示。
图1 DFIG短路电流幅值与周期差异特性图
不难看出，同一风电场中处于相同低穿控制策略下的两台DFIG短路电流可能在幅值和周期上存在较大差异，其中，短路电流在周期上存在差异的主要原因有：
①处于撬棒保护投入情况下的DFIG风速不同时，转速不同，使得撬棒保护投入后短路电流中含有的衰减转速频分量的频率不同。
②当机组参数存在差异时，各频率分量衰减时间不同，非工频分量衰减至零的风机与未衰减完的风机短路电流周期不同。
2）频率分量幅值的差异分析及分群指标的确定。
幅值受电压、功率等状态量与机组参数同时影响，两种因素的共同影响可能导致频率分量的幅值特性更加复杂，所以对不同低穿控制下各频率分量初始幅值受不同参数的影响情况进行深入的分析。
表1 不同频率分量与影响因素关系（撬棒保护投入）
表2 不同频率分量与影响因素关系（RSC励磁控制）
由表中可以看出，故障后DFIG短路电流频率分量对短路电流幅值差异的影响存在以下规律：
①DFIG在两种低穿控制策略下短路电流含有的频率分量不同，各频率分量的幅值和衰减时间差异较大，且受不同的电压、功率等状态量与机组参数影响。
②同一状态量或机组参数即使对几种频率分量都有影响，对不同频率分量的影响程度也存在差异。
可以看出，参数对于各频率分量的幅值影响程度不同，使得仅用短路电流幅值难以体现参数影响程度，对于机组运行状态差异的刻画不够精确，所以本文采用短路电流中各频率分量的特征来划分机群。为了准确描述频率分量所包含的特征，选取幅值和衰减因子来构建故障阶段风电机组的分群指标。
3）时空综合分群指标的构建。
假设双馈风电场有n台风机，对每台风机故障后短路电流的N个数据点进行采样，形成输入数据序列矩阵。保护处的测量电流采样经低通滤波器进行滤波，假设高频分量已经被滤除。利用Prony算法对进行检测，筛选出主要频率分量，得到处理后信号的参数矩阵。
定义第i个频率分量的频率能量为该指数项与x轴所围区域的面积，即
式中：为采样时间间隔，
，
，
为幅值；
为衰减因子；
为频率；
为相位。
为模型的阶数。
按照各频率分量计算出的频率能量占总能量的比重划分权重，占比越大的，对短路电流影响越大，被赋予的权重就越高。
定义频率分量等效空间距离和时间距离来表征故障暂态期间每台DFIG短路电流频率分量的综合特征，其表达式分别如式(3)(4)所示。
4）计及短路电流频率特征差异的双馈风电场分群方法
综上所述，本文所提的计及短路电流频率特征差异的双馈风电场故障分群等值方法的具体实现步骤如下所示，其总体流程如图2所示。
图2 风电场内机组分群等值流程图
研究结论
本文针对双馈风电场故障分群等值问题，详细分析了故障后不同低穿控制策略下的双馈风机短路电流频率分量的成分组成与特征差异规律，在此基础上提出了一种计及短路电流频率特征差异的双馈风电场故障等值建模方法，并得到以下结论：
1）故障后处于不同低穿控制策略下的DFIG短路电流含有的频率分量不同，状态量和机组参数对于不同频率分量的影响存在差异。
2）提出了可以表征频率分量时变特性的频率分量等效时空距离，所提分群等值建模方法精细化考虑了DFIG短路电流的频率特征，充分挖掘了空间维度和时间维度下DFIG故障特性的差异。
后续研究方向或讨论话题
参 文 格 式
郑涛，曲荣淇．计及短路电流频率特征差异的双馈风电场故障等值建模方法[J/OL]．电网技术，1-14[2024-08-28].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.tm.20240826.1545.002.html.
Zheng Tao，QU Rongqi．A fault equivalent modeling method of doubly fed wind farm considering differences in short-circuit current frequency characteristics[J/OL]．Power System Technology，1-14[2024-08-28].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.tm.20240826.1545.002.html(in Chinese)．
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团队介绍
电力系统保护与控制研究所是新能源电力系统国家重点实验室所属研究团队之一，主要开展电力系统保护与控制相关研究工作。电力系统保护与控制研究所先后主持了国家自然科学基金重大科研仪器研制项目1项、“973”、“863”课题及科技部重点研发计划课题7项、国家自然科学基金重点项目2项、面上/青年项目8项，并参与建设了“大电网保护与安全防御”、“111”引智基地，先后获得国家科技进步二等奖3项及省部级科技进步奖20余项。
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