計及撬棒保護影響的雙饋風力發電機組故障電流特性研究

孔祥平 張 哲 尹項根 王 菲 隆 茂

計及撬棒保護影響的雙饋風力發電機組故障電流特性研究

孔祥平 張 哲 尹項根 王 菲 隆 茂

（華中科技大學強電磁工程與新技術國家重點實驗室 武漢 430074）

為了研究對稱及不對稱電網故障情況下雙饋風力發電機組的故障電流特性，建立了兩相靜止坐標系下雙饋風力發電機組的動態模型。對近區嚴重故障且撬棒保護動作情況下雙饋風力發電機組的定子繞組磁鏈動態過程進行了研究，提出了一種兼顧精確性和簡易性的定子繞組磁鏈簡化計算模型。以此為基礎，對對稱故障和不對稱故障情況下雙饋風力發電機組的故障電流特性進行了分析，得到了其解析表達式，建立了故障電流的等效計算模型。數字仿真結果表明，理論分析結果在故障發生后的前2個工頻周期內具有很高的精確度，可以滿足繼電保護原理研究和整定計算的應用要求。

雙饋風力發電機組 撬棒保護 定子繞組磁鏈 故障電流特性 等效計算模型

1 引言

近年來，作為最具商業化應用前景的一種可再生能源發電技術，風力發電技術在全球范圍內得到了大力發展。變速恒頻雙饋風力發電機組（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）以能量轉換效率高，原動機承受的機械應力小，易于實現有功、無功功率解耦控制，具有良好的調節性能及運行穩定[1-4]等優勢，在風電場中得到了廣泛的應用。

然而，隨著風電并網容量的不斷增加，風電機組給電網安全穩定運行帶來的風險日漸凸顯，國內外已發生了多起風電機組大規模脫網的嚴重事故[5]。為了保證電網和風電機組的運行安全，一方面，各國電力公司及電網運營商紛紛提出了新的風電機組的并網規范[6-7]，要求風電機組具備故障穿越能力；另一方面，需要構建適應于風電機組接入的電網繼電保護系統。故障穿越運行過程中 DFIG的運行特性將對電網的故障特征造成很大的影響，從而給繼電保護的研究帶來了新的問題和挑戰[8]。

在電網故障情況下，電網電壓驟降可能引起轉子回路的過電壓和過電流，從而引起勵磁變流器、定、轉子繞組和母線電容的損壞。為了提高DFIG故障穿越運行能力，保證故障穿越運行期間 DFIG的運行安全，一種常用的辦法是安裝撬棒（crowbar）保護[9-10]。當電網發生故障導致轉子電流過大或直流電容電壓過高時，撬棒保護斷開轉子側變流器與轉子繞組的連接，并通過撬棒電阻將轉子繞組短路，為轉子側的浪涌電流提供一條通路。撬棒保護動作導致 DFIG失去勵磁，進而從發電機運行狀態轉變為電動機運行狀態。同時，撬棒電阻的引入導致定、轉子繞組之間的耦合顯著增強，使得 DFIG的運行特性不同于傳統同步發電機或異步電動機。因此，有必要針對撬棒保護動作情況下 DFIG的故障特性進行研究。

迄今為止，國內外學者針對三相短路情況下DFIG 的故障電流特性開展了大量的研究[11-16]。但已有的研究成果大都處于定性分析階段，或建立在與傳統同步發電機、異步電動機故障電流特性簡單類比的基礎上，缺乏對撬棒保護動作后 DFIG固有特征的把握和分析。此外，目前鮮有文獻探討不對稱故障情況下 DFIG故障特性。實際上，不對稱短路發生的概率要遠高于對稱短路，開展不對稱短路情況下 DFIG饋出的短路電流特性的研究是全面分析 DFIG在不同短路情況下的故障特性的重要組成部分，對適應于 DFIG大規模接入的電網保護系統的構建有重要意義。

DFIG饋出的故障電流由定子繞組電流和網側變流器（Grid Side Converter，GSC）的交流側電流兩部分組成。鑒于 GSC容量較小，其交流側電流對DFIG饋出的故障電流影響不大，本文主要研究DFIG的定子繞組電流特性。為了分析對稱和不對稱故障情況下 DFIG的故障電流特性，本文結合其結構和運行特點，建立了兩相靜止坐標系下 DFIG的電磁暫態方程。以此為基礎，對撬棒保護動作情況下 DFIG定子繞組磁鏈特性進行了分析，并建立了其簡化計算模型。然后，研究了對稱故障和不對稱故障情況下 DFIG定子繞組的故障電流特性，得到了定子繞組故障電流的解析表達式，建立了其等效計算模型。最后，數字仿真結果驗證了理論分析的正確性。

2 兩相靜止坐標下DFIG動態模型

DFIG電磁暫態特性方程的建立，是進行短路電流分析計算的基礎。定轉子均采用電動機慣例時，一般化的DFIG的電壓、磁鏈方程分別為

式中，Us、Ur、Is、Ir、Ψs和Ψr分別為定、轉子電壓、電流和磁鏈矩陣。

由于定、轉子繞組間的互感矩陣是定、轉子繞組軸線間夾角的周期性函數，因此三相坐標系下DFIG的電磁暫態方程是一組變系數的微分方程，不利于求解。為了簡化分析，需要對 DFIG的電磁暫態方程進行坐標變換。現有文獻大都采用dq坐標變換分析 DFIG的短路電流特性，即將定、轉子參數全部變換到以同步速旋轉的坐標系中。然而，在電網不對稱故障情況下，采用dq坐標變換時需建立正、反轉同步坐標系[17]，并需提取電壓、電流等電氣量的正、負序分量，增加了 DFIG短路電流特性分析的復雜性。由于 DFIG轉子方面的結構和電氣參數均對稱，在分析其定子方面的對稱或不對稱運行問題時，將定、轉子參數變換到相對定子靜止的坐標系是有利的。

在兩相靜止αβ坐標系下，DFIG電壓、磁鏈方程為

從而可以得到以定、轉子繞組磁鏈為狀態變量的狀態方程為

其中

系統矩陣A的特征值決定了定、轉子繞組磁鏈故障暫態分量的衰減時間常數和振蕩頻率，同時，也決定了定、轉子繞組電流故障暫態分量的衰減時間常數和振蕩頻率。

3 近區嚴重故障情況下DFIG定子繞組磁鏈特性及簡化計算模型

3.1 定子磁鏈特性分析

由此得到矩陣A的特征值為

式中，τAs為定子繞組磁鏈故障暫態分量的衰減時間常數；τAr為轉子繞組磁鏈故障暫態分量的衰減時間常數；ωAr為轉子繞組磁鏈故障暫態分量的振蕩角頻率。在這種情況下，定、轉子繞組磁鏈可以通過兩個獨立的二階系統求得。

在近區嚴重故障情況下，為了保證 DFIG的運行安全，撬棒保護將會動作，在斷開轉子側變流器的同時通過撬棒電阻將轉子繞組短路。此時轉子繞組等效電阻為

式中，Rc為撬棒電阻。

在這種情況下，定、轉子繞組磁鏈之間耦合顯著增強，不能再忽略不計。因此，直接忽略定、轉子繞組電阻的影響[11]或者與異步電動機的短路電流進行類比[12-13]以分析對稱故障時 DFIG的短路電流將會出現較大的誤差。

將式（7）中的 Rr用替換后可以得到撬棒保護動作后的新的系統矩陣Ac，將其特征值記為

針對一臺 1.5MW 的 DFIG（具體參數見附錄A），表1給出了不同撬棒電阻對矩陣Ac的特征值的影響。

表1 撬棒電阻與系統矩陣Ac特征值的對應關系Tab.1 The eigenvalues of the system matrix

從表1可以看出，撬棒電阻對系統矩陣的特征值的實、虛部均有影響，但是撬棒電阻對故障分量的振蕩頻率的影響相對較小。其中，ωAcs的最大值為 3.68rad/s，ωAcr的最小值為 373.31rad/s。因此，可以近似認為

即可以近似認為定、轉子繞組電流故障暫態分量中僅含有直流分量和轉速頻率電流分量。

隨著所串入撬棒電阻的增大，τAcs逐漸減小，τAcr逐漸增大。這說明隨著撬棒電阻的增大，直流分量的衰減越來越慢，而轉速頻率電流分量的衰減則越來越快。同時，轉速頻率電流分量的衰減速度遠快于直流分量。

由于矩陣 Ac的特征值隨著撬棒電阻的變化而變化，且定、轉子磁鏈之間的耦合不能忽略，這導致撬棒保護動作情況下的定子繞組磁鏈暫態特性分析極其復雜。因此，有必要建立定子繞組磁鏈的簡化計算模型。

3.2 定子繞組磁鏈簡化計算模型

為了對各類故障（包括對稱故障和不對故障）情況下的定子繞組磁鏈進行分析，假設電網發生故障時DFIG定子繞組電壓為

在式（12）中，對三相電壓的幅值和相位均未作特殊要求。因此，式（12）是一個通用的電壓公式，適合于各類故障情況。

對式（12）進行坐標變換，得到兩相靜止αβ坐標系下的定子繞組電壓為

在近區嚴重故障情況下，雖然撬棒保護動作導致轉子繞組等效電阻增大，但定子繞組電阻仍較小，可以忽略不計。將式（13）代入式（3）中的前兩式，解得不計衰減時定子繞組磁鏈的表達式為

實際上，定子繞組電阻的實際存在使得定子繞組磁鏈的直流分量總是衰減的。計及衰減特性時的定子繞組磁鏈表達式可寫為

對于衰減時間常數，文獻[11-13]取為定子繞組等效時間常數，即認為。但是，如上所述，撬棒保護動作之后，導致定子繞組磁鏈暫態特性極其復雜。因此，上述簡化處理方法會帶來較大的誤差。圖1給出了電壓對稱跌落情況下根據上述簡化處理得到的定子繞組磁鏈波形和仿真波形的對比。

圖1 一般簡化情況下定子繞組磁鏈Fig.1 The stator winding flux for conventional simplification

從圖1的對比中可以看出，將式（15）中的衰減常數取為定子繞組等效時間常數將對定子繞組磁鏈的計算帶來較大的誤差，是不合理的。

為兼顧精確性和簡便性，本文采用τAcs作為定子繞組磁鏈的衰減時間常數。圖2給出了這種簡化處理情況下定子繞組磁鏈理論波形和仿真波形的對比。

從圖2的對比中可以看出，由于定、轉子繞組磁鏈之間耦合的影響，定子繞組磁鏈的衰減特性非常復雜，并不能簡單地用式（15）的形式表達。但是，將定子繞組磁鏈的衰減時間常數取為τAcs在前 4個工頻周期內具有較高的精確度。這說明在前 4個工頻周期內，采用τAcs作為定子繞組磁鏈的衰減時間常數是合理的。這對于近區嚴重故障情況下，短路電流最大值的計算和快速保護動作行為的分析具有重要意義。

圖2 定子繞組磁鏈Fig.2 The stator winding flux

此外，撬棒電阻的引入雖然導致定子繞組磁鏈暫態特性變得極為復雜，但是定子繞組磁鏈的穩態特性則不受撬棒電阻的影響，即式（15）中的定子繞組磁鏈的穩態分量是準確的。

4 電網故障情況下DFIG定子電流特性

4.1 理論分析

由式（4）可得

撬棒保護動作后，轉子繞組端電壓為零，即

將式（16）、式（17）和式（18）代入式（3）后可得

對式（19）進行求解可以得到定子電流為

對式（20）進行坐標變換即可得到定子三相電流。從中可以看出，為了保證在撬棒保護動作瞬間定子繞組磁鏈維持守恒，定子電流中含有直流分量。同樣地，為了維持轉子繞組磁鏈初值不變，轉子電流中將出現直流分量，且該電流產生的磁鏈相對定子以轉速ωr旋轉。為了抵消這個交變磁鏈，定子電流中將出現角頻率為ωr的電流。這與傳統同步發電機故障電流中含有基頻自由分量不同。

定子電流中的直流分量和角頻率為ωr的電流分量均是衰減的，其初始大小均與故障發生時刻、故障后的電壓幅值和 DFIG轉子旋轉速度有關。除了含有衰減的直流分量和角頻率為ωr的電流外，定子電流中還含有穩態基頻分量。該基頻分量的大小與故障后的電壓幅值和 DFIG轉子旋轉速度有關。

此外，由于式（15）中的定子繞組磁鏈的穩態分量是準確的，則根據定子繞組磁鏈的簡化模型計算得到的定子故障電流的穩態基頻分量的幅值也是準確的，即式（20）中的穩態基頻分量可以準確反映實際故障情況下定子故障電流的穩態特性。

4.2 仿真驗證

為了驗證上述分析結果，在PSCAD/EMTDC仿真平臺上搭建了 DFIG的仿真模型，并針對三相電壓跌落和 BC兩相電壓跌落兩種故障情況下 DFIG定子電流進行了仿真分析。DFIG的參數見附錄A。

本文對不同電壓跌落深度下 DFIG的故障電流特性進行了仿真驗證，但是限于篇幅，僅給了電壓跌落至0.2(pu)情況下DFIG故障電流的仿真算例。其中，圖 3給出了三相電壓對稱跌落至 0.2(pu)時DFIG定子三相電流仿真波形與理論波形的對比；圖4給出了BC兩相電壓跌落至0.2(pu)時DFIG定子三相電流仿真波形與理論波形的對比。此外，故障發生前 DFIG處于額定運行狀態，轉子轉速為 1.2 (pu)，即。

圖3 三相電壓對稱跌落至0.2(pu)時DFIG定子電流Fig.3 The stator currents for three-phase voltage dips

圖4 BC兩相電壓跌落至0.2(pu)時DFIG定子電流Fig.4 The stator currents for two-phase voltage dips

由上可知，雖然由于撬棒電阻的引入，定、轉子繞組之間的耦合顯著增強，給 DFIG定子電流故障特性的分析帶來了復雜度，但基于本文提出的定子繞組磁鏈簡化計算模型得到的 DFIG定子故障電流在前2個工頻周期內仍具有較高的準確度。當定子電流中的暫態分量完全衰減之后，由式（20）計算得到的定子電流的穩態基頻分量的波形與仿真波形完全吻合，驗證了上述理論分析結果。

根據繼電保護原理研究和整定計算的應用要求，暫態過程中故障電流最大值和穩態故障電流值是兩個極為重要的參數。而本文得到的電網故障情況下的定子電流解析表達式在故障發生后的前2個工頻周期內和故障穩態期間均具有較高的準確度。這保證了通常在故障發生后第一個工頻周期內出現的最大故障電流和穩態故障電流的計算的精確性。仿真分析結果則驗證了上述結論的正確性。因此，基于本文提出的定子繞組磁鏈簡化計算模型得到的定子故障電流解析表達式能夠滿足電網繼電保護原理研究和整定計算的應用要求。

值得注意的是，以上的分析未對電網電壓做任何近似和假設，因此，上述結論對于任何形式的電網故障都是成立的。

5 DFIG定子故障電流等效計算模型

在上述分析的基礎上，對電網故障情況下 DFIG定子繞組電流的等效計算模型開展進一步的研究。一方面，定子故障電流中的衰減直流分量將被濾除，對保護裝置的影響較小；另一方面，由于運行過程中要求DFIG的轉差率在±0.3之間，導致定子故障電流衰減交流分量的頻率處于 35～65Hz之間，難以濾除，從而對繼電保護裝置帶來較大的影響。因此，本文主要針對 DFIG定子電流中的穩態基頻電流分量和角頻率為ωr的衰減電流分量進行分析。

5.1 穩態基頻電流分量

由式（20）可知，在兩相靜止坐標系下定子故障電流基頻分量為

因此，可以得到三相定子故障電流的基頻分量為

以機端單相接地短路為例進行分析。當機端發生A相接地故障時，各相電壓及A相正、負序電壓分別為

對式（23）進行坐標變換，得到兩相靜止坐標

下的定子電壓為

將附錄B中的系數代入式（22），并結合式（25）求得定子A相基頻電流正、負序分量為

由此可以得到A相正、負序分量等效計算模型如圖5所示。

圖5 A相電流正、負序分量等效計算模型Fig.5 The equivalent calculation models for sequence components of Phase A current

從圖 5可以看出，實際上，DFIG穩態基頻電流分量的等效計算模型即為異步電動機的等效模型，同時驗證了上述理論分析結果的正確性。

5.2 角頻率為ωr的衰減電流分量

由式（20）可知，在兩相靜止坐標系下定子電流中角頻率為ωr的暫態分量電流為

因此，可以得到三相定子中角頻率為ωr的暫態分量電流為

將附錄 B中的系數代入式（25），求得定子 A相電流中角頻率為ωr的暫態分量電流的正、負序分量為

從式（28）可以看出，即使在單相接地故障情況下，角頻率為ωr的暫態電流分量中只存在正序電流，而無負序電流。這是因為在故障發生瞬間，為了維持轉子繞組磁鏈初值不變，轉子繞組磁鏈中將出現直流分量。該直流分量產生的轉子繞組磁鏈相對轉子靜止，相對定子以ωr的角速度旋轉。因此，轉子繞組中的直流分量將在定子繞組中感應出角頻率為ωr的交流電流分量，且該交流電流中只含有正序分量。

根據式（29）及附錄C中的相關系數，可將定子 A 相電流中角頻率為ωr的暫態分量電流分為與撬棒保護動作前狀態有關的電流分量和與故障后機端電壓有關的電流分量和兩種類型。

圖6 各電流分量的等效計算模型Fig.6 The equivalent calculation models for current components

從式（28）及圖6可以看出，角頻率為ωr的電流分量的計算實際上是獨立于外部電路的。通過對基頻電流分量網絡的計算得到 DFIG機端三相電壓之后，即可以通過式（28）或圖6計算得到角頻率為ωr的電流分量。

圖5及圖6給出的DFIG定子故障電流各交流分量的等效計算模型均從式（20）中直接推導得到，上一節的仿真分析可以驗證其準確性。此外，通過上述等效計算模型，可以建立含 DFIG的電網故障分析理論和方法。篇幅所限，本文不對此進行深入的研究和闡述。

6 結論

結合 DFIG的結構和運行特點，為了適應不同電網故障情況下 DFIG故障電流特性分析的需要，本文建立了兩相靜止坐標系下 DFIG的電磁暫態方程。以此為基礎，對撬棒保護動作情況下 DFIG定子繞組磁鏈和定子電流故障特性進行了研究，得到了DFIG定子故障電流各分量的等效計算模型。

（1）撬棒電阻的引入使得定、轉子繞組磁鏈之間的耦合顯著增強，定子繞組磁鏈的暫態特性極其復雜。本文提出了一種定子繞組磁鏈的簡化計算模型，可以較為準確地反應撬棒保護動作后的前4個工頻周期內及穩態時的定子繞組磁鏈。

（2）基于定子繞組磁鏈的簡化計算模型，得到各種電網故障情況下定子電流的表達式。仿真證明理論得到的定子電流表達式在前2個工頻周期和穩態階段具有很高的準確度，能夠滿足繼電保護原理研究和整定計算的應用要求。

（3）撬棒保護動作后，DFIG定子電流中除含有穩態基頻分量和衰減直流分量外，還有角頻率為ωr的衰減電流分量。這與傳統同步發電機故障電流中含有穩態基頻分量、衰減直流分量和基頻自由分量的故障特征不同。

（4）DFIG穩態基頻電流分量的等效計算模型即為異步電動機的等效模型。此外，無論是對稱故障還是不對稱故障，角頻率為ωr的衰減電流分量中只存在正序電流，而無負序電流。

本文的研究結果對于研究適用于含 DFIG的電網新型繼電保護原理和整定計算原則具有重要的理論意義。

附錄A

模型中 DFIG的參數如下：額定容量：1.5MV·A；額定線電壓：690V；定子繞組電阻：0.007 56（pu）；定子漏電抗：0.142 5（pu）；轉子繞組電阻：0.005 33（pu）；轉子漏電抗：0.142 5（pu）；定轉子互感：2.176 7（pu）；轉子額定轉速：1.2（pu）。

附錄B

其中，isα0、isβ0、ψsα0和ψsβ0分別表示撬棒保護動作瞬刻定子電流、磁鏈在兩相靜止坐標系下的分量的初始值。

附錄C

[1] 劉其輝, 謝孟麗. 雙饋式變速恒頻風力發電機的空載及負載并網策略[J]. 電工技術學報, 2012, 27(10): 60-67, 78.

Liu Qihui, Xie Mengli. Strategies of grid-connection of doubly-fed variable-speed constant-frequency wind power generator with no-load and with load[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, 27(10): 60-67, 78.

[2] Muller S, Deicke M, De Doncker R W. Doubly fed induction generator systems for wind turbines[J]. IEEE Industry Applications Magazine, 2002, 8(3): 26-33.

[3] Hughes F M, Lara O A, Jenkins N, et al. Control of DFIG-based wind generation for power network support [J]. IEEE Transaction on Power Systems, 2005, 20(4): 1958-1966.

[4] 賀益康, 周鵬. 變速恒頻雙饋異步風力發電系統低電壓穿越技術綜述[J]. 電工技術學報, 2009, 24(9): 140-146.

He Yikang, Zhou Peng. Overview of the low voltage ride-through technology for variable speed constant frequency doubly fed wind power generation systems [J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2009, 24(9): 140-146.

[5] 葉希, 魯宗相, 喬穎, 等. 大規模風電機組連鎖脫網事故機理初探[J]. 電力系統自動化, 2012, 36(8): 11-17.

Ye Xi, Lu Zongxiang, Qiao Yin, et al. A primary analysis on mechanism of large scale cascading tripoff of wind turbine generators[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(8): 11-17.

[6] 雷亞洲, Gordon Lightbody. 國外風力發電導則及動態模型簡介[J]. 電網技術, 2005, 25(12): 27-32.

Lei Yazhou, Gordon Lightbody. An introduction on wind power grid code and dynamic simulation[J]. Power System Technology, 2005, 25(12): 27-32.

[7] Tsili M, Papathanassiou S. A review of grid code technical requirements for wind farms[J]. IET Renewable Power Generation, 2009, 3(3): 308-332.

[8] 撖奧洋, 張哲, 尹項根, 等. 雙饋風力發電系統故障特性及保護方案構建[J]. 電工技術學報, 2012, 27(4): 233-239.

Han Aoyang, Zhang Zhe, Yin Xianggen, et al. Research on fault characteristic and grid connecting-point protection scheme for wind power generation with doublyfed induction generator[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, 27(4): 233-239.

[9] Morren J, de Haan S W H. Ridethrough of windturbines with doubly-fed induction generator during a voltage dip[J]. IEEE Transaction on Energy Conversion, 2005, 20(1): 435-441.

[10] 關宏亮, 趙海翔, 王偉勝, 等. 風電機組低電壓穿越功能及其應用[J]. 電工技術學報, 2007, 22(10): 173-177.

Guan Hongliang, Zhao Haixiang, Wang Weisheng, et al. LVRT capability of wind turbine generator and its application[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2007, 22(10): 173-177.

[11] 周宏林, 楊耕. 不同電壓跌落深度下基于撬棒保護的雙饋式風機短路電流特性分析[J]. 中國電機工程學報, 2009, 29(S1): 184-191.

Zhou Honglin, Yang Gen. Short circuit current characteristics of doubly fed induction generator with crowbar protection under different voltage dips[J]. Proceedings of the CSEE, 2009, 29(S1): 184-191.

[12] Vicatos M S, Tegopoulos J A. Transient state analysis of a doubly-fed induction generator under three phase short circuit[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 1991, 6(1): 62-68.

[13] Morren J, de Haan S W H. Short-circuit current of wind turbines with doubly-fed induction generator[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2007, 22(1): 174-180.

[14] 呂志強, 許國東. 兆瓦級雙饋風電機組電網故障時的暫態分析[J]. 電力系統保護與控制, 2010, 38(23): 112-116, 125.

Lü Zhiqiang, Xu Guodong. Transient analysis of grid short circuit fault of megawatt doubly fed wind turbine [J]. Power System Protection and Control, 2010, 38(23): 112-116, 125.

[15] 張建華, 陳星鶯, 劉皓明, 等. 雙饋風力發電機三相短路分析及短路器最大電阻整定[J]. 電力自動化設備, 2009, 29(4): 6-10.

Zhang Jianhua, Chen Xingying, Liu Haoming, et al. There-phase short-circuit analysis for double-fed winddriven generator and short-circuit maximal resistance calculation[J]. Electric Power Automation Equipment, 2009, 29(4): 6-10.

[16] 翟佳俊, 張步涵, 謝光龍, 等. 基于撬棒保護的雙饋風電機組三相對稱短路電流特性[J]. 電力系統自動化, 2013, 37(3): 18-23.

Zhai Jiajun, Zhang Buhan, Xie Guanglong, et al. Threephase symmetrical short-circuit current characteristics analysis of wind turbine driven DFIG with crowbar protection[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(3): 18-23.

[17] 胡家兵, 賀益康, 郭曉明, 等. 不平衡電壓下雙饋異步風力發電系統的建模與控制[J]. 電力系統自動化, 2007, 31(14): 47-56.

Hu Jiabing, He Yikang, Guo Xiaoming, et al. Modeling and control of the DFIG based wind-power generation system under unbalanced grid voltage conditions[J]. Automation of Electric Power Systems, 2007, 31(14): 47-56.

Study of Fault Current Characteristics of DFIG Considering Impact of Crowbar Protection

Kong Xiangping Zhang Zhe Yin Xianggen Wang Fei Long Mao

（State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China）

In order to study the fault current characteristics of doubly-fed induction generator (DFIG) under symmetrical and asymmetrical fault conditions, dynamic model of DFIG in stator stationary reference frame is developed. On condition that a severe fault occurs and crowbar protection is activated, the dynamic characteristics of stator flux linkage of DFIG are studied. Moreover, a simplified calculation model of stator flux linkage is established with consideration of accuracy as well as simplicity. Based on it, the fault current characteristics DFIG under cond itions of symmetrical faults and asymmetrical faults are analyzed and the analytical expressions are obtained. Besides, the equivalent calculation models of fault current are built. Finally, the digital simulation results show that the theoretical analysis results have high accuracy in the first two cycles after the fault occurs which can meet the requirements of the study of relaying protection principle and setting calculation.

Doubly-fed induction generator(DFIG), crowbar protection, stator flux linkage, fault current characteristics, equivalent calculation model

TM315

孔祥平 男，1988年生，博士研究生，主要研究方向為應對分布式電源大規模接入的電力系統繼電保護及安全穩定控制。

國家自然科學基金資助項目（51177058，51077061）。

2013-06-25 改稿日期 2013-12-27

張 哲 男，1962生，教授，博士生導師，主要研究方向為電力系統繼電保護、新能源及超導技術。