我国三北、中南、西南等地区风力资源十分丰富,风电多以大规模集中式长距离的方式并网。以张北风电场为例,风电场场内集电线路众多且下游风机多以辐射式或链式汇集,场外送出线路多以远距离输送风电至负荷中心。当风电场线路发生故障后,双馈风力发电机的短路特性、风电场集电线路复杂的拓扑结构、送出线路远距离输送,都使得系统的故障特性更为复杂,传统的电力系统继电保护受到很大挑战。因此有必要针对风电场系统的结构及故障特性、传统保护的缺陷,提出合理的适用于大规模风电场集电线路、长距离送出线路的新型继电保护方法。阐述了双馈风力发电系统的主要组成部分、双馈风力发电机组恒频变速的基本原理,建立了同步旋转坐标系下双馈风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的数学模型。详细研究了系统发生不对称短路故障及对称短路故障时,考虑Crowbar电路接入DFIG的短路电流特性。针对风电场小电阻接地系统集电线路高阻故障时零序保护不可靠的问题,提出基于零序电流波形相似度的单相接地故障选线方法。风电场集电线路多为缆-线混合线路,因单位长度电缆电容较架空线大,线路故障暂态分量较为丰富。故选取暂态零序电流计算各线路之间Hausdorff距离,得到健全与故障线路之间零序电流波形相似度,初步甄选出故障线路。针对集电线路下游结构的复杂性且检测点较少的问题,为集电线路关键节点合理增设测点,并提出基于零序电流相位差的集电线路故障区段及故障分支识别方法。采用全相位ap FFT(all-phase FFT,ap FFT)频谱分析法计算两相邻测点的零序电流相位差,相较于传统FFT分析法可减小计算误差。仿真算例和实际录波数据验证,故障选线方法、故障区段及分支识别方法准确、可靠。首次提出适用于大规模风电场长距离送出线路的双端故障测距方法。采用时域法解决DFIG的频偏特性使传统距离保护不可靠的问题;采用双端测距法解决单端测距法耐过渡电阻能力弱且易受对端系统阻抗影响的问题;采用黄金分割搜索法对多个采样时刻的采样值进行冗余计算,减小测距误差,并大概率加快测距结果搜索速度;分布参数线路模型相较于集中参数线路模型可减小长距离线路分布电容引起的误差。利用双端电压电流时域值推算沿线电压,根据故障点处电压相等的原理求出故障距离。最后,仿真分析验证了在不同故障类型、不同故障距离、不同过渡电阻、风电场不同运行方式下测距方法的可靠性及适用性。