风能作为一种天然绿色环保的新型可持续再生能源,取之有不尽、用之而不竭,近年以来得到了广泛利用。风力发电不仅成本低廉,而且对环境的污染相对较小,是一种值得提倡的发电形式。作为风机中的主流机型之一,双馈风机安装灵活、体积小、技术成熟,与其他类型的风机相比,成本较低。但双馈风机的结构、原理、控制方式都有别于传统异步电机,其与电网并联运行时,系统是否能够安全稳定运行是首要考虑的问题。双馈风机就大容量的电网而言,是一个弱电源,当双馈风机发生短路故障时,线路上的正负序阻抗并非相等关系,且数值存在较大差异,风机的短路电流还呈现频率偏移特性。以上这些故障特征导致基于工频量算法的传统继电保护在风电场中的动作性能较差,因而,十分有必要研究适用于双馈风电场的新型继电保护。本文首先阐述了双馈风机的基本运行机理,在以电磁关系建立其数学模型的基础上,对变流器的控制方法做了简短的分析。然后,推导了双馈风机在出现短路故障且撬棒保护装置动作情况下的短路电流表达式,根据表达式对风机短路电流分量和特性做了剖析。最后,阐明了风机短路电流特性导致传统继电保护动作性能较差的缘由,为了改善风电场送出线上继电保护的动作性能,对适用于风电场的新型继电保护做了探究。当双馈风电场送出线发生短路故障时,基于傅里叶算法的传统距离保护受双馈风机短路电流频率偏移特性以及过渡电阻的影响,保护动作性能较差。因此,本文通过分析保护安装处测量阻抗与故障点阻抗的关系,计算出保护安装处到故障点的有效阻抗,将该值与阻抗继电器相结合,在线调整阻抗继电器的动作区域而构成一种抗过渡电阻的新型自适应距离保护。针对该保护中出现的病态化问题,采用正则化处理病态表达式,在线修改自适应系数使保护的动作边界随自适应系数动态调整。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建双馈风机电磁暂态仿真模型,考虑不同故障类型、故障位置、过渡电阻、风电场规模、风速以及无功补偿等因素下,对比分析传统距离保护和自适应距离保护的动作特性,结果表明自适应距离保护的动作性能较好,可靠性更高。双馈风机并网通常采用交流并网和柔性直流并网两种形式,交流并网送出线和柔性直流并网交流侧送出线发生短路故障时,线路保护都受到风机故障特征的影响,且在柔性直流送出系统中,电气量还受到换流侧电子元件的非线性控制和谐波的影响,导致传统继电保护在两种送出系统中的动作性能较差。因此,本文根据送出线发生区内外故障的电流波形特征,将基于时域量的巴氏距离算法与纵联保护结合,计算两侧电流波形相似程度,由此判断线路有无发生故障,并考虑过渡电阻、噪声干扰、混叠频率、CT饱和等因素对保护方案的影响。最后,基于Matlab/Simulink和Pscad/Emtdc平台分别搭建双馈风机交流并网系统和柔性直流并网系统的电磁暂态仿真模型,仿真验证保护方案在双馈风电场送出线上的适应性。结果表明,保护方案在不同因素影响下仍能正确动作,保护的动作性能较好。