电力行业在加快能源绿色低碳转型过程中,风力发电起着重要作用。由于国内风电场规模较大、距离负荷中心较远,通常经过高压输电线路远距离集中输电。因此,大规模风电机组脱网事故给电力系统带来严重影响。目前在35kV汇集系统发生单相接地故障时继电保护过程中,没有考虑风电场的弱馈性,对保护的四性产生不利影响:汇集线路零序电流保护不满足速动性要求,汇集母线差动保护不满足选择性要求。因此对汇集线路和汇集母线单相接地保护提出相应的改进策略具有实际的研究意义。根据直驱式永磁同步发电系统基础理论,在MATLAB/Simulink中建立了风力机的气动机械系统和直驱式永磁同步风力发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)的仿真模型;仿真研究了 PMSG在不同风速下的运行特性,验证了模型的正确性,为风电场单相接地故障的特性分析奠定了基础。设计了一个实际的风电场系统结构,但该拓扑结构不适用于仿真计算,提出基于完全聚合法和分群法等值后的等值结构模型,并对风电场单相接地故障特性进行分析,得出风电场在发生故障时具有弱馈性,保护可能存在不适应问题。分析了现有汇集线路零序保护的配置与整定情况,得出了现有保护不能满足保护的速动性要求的结论。同时,提出了一种基于零序电流比较式的零序电流保护,改进后的零序电流保护不需要设置延时,解决了现有保护不满足速动性的问题。分析了用于相间故障的汇集母线差动保护的配置与整定情况,得出了现有差动保护只能将相间短路故障进行切除,但无法切除单相接地故障,不满足保护的选择性要求。同时,提出基于零序电流比较式的母差保护,改进后的母差保护解决了现有保护不满足选择性的问题。