楊興雄，曲延濱，宋蕙慧，黃柯昊，范小紅

基于同步擠壓小波變換的雙饋風(fēng)電場(chǎng)送出變保護(hù)研究

楊興雄1，曲延濱2，宋蕙慧2，黃柯昊1，范小紅1

(1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650500；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海校區(qū))，山東 威海 264200)

目前，電力變壓器的保護(hù)研究及優(yōu)化多是針對(duì)傳統(tǒng)電源，少有文獻(xiàn)研究雙饋風(fēng)電場(chǎng)電源下計(jì)及RSC控制電路的變壓器保護(hù)。而當(dāng)雙饋風(fēng)電場(chǎng)并入弱電網(wǎng)時(shí)，傳統(tǒng)變壓器差動(dòng)保護(hù)又存在動(dòng)作性能變差的問題。基于此，分析了系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，計(jì)及Crowbar保護(hù)電路與計(jì)及RSC控制電路的短路電流特性，推導(dǎo)了兩種運(yùn)行條件下短路電流經(jīng)傅里葉算法提取后的誤差表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，分析了致使傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)性能降低的原因，從而提出利用同步擠壓小波變換進(jìn)行故障特征提取并聯(lián)合歸一化二維軌跡圖對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別并動(dòng)作的保護(hù)新方案。該方案不受風(fēng)電場(chǎng)短路電流特性的影響，在雙饋風(fēng)電場(chǎng)送出變中具有更好的適用性和更高的精確性。最后，在Matlab/Simulink平臺(tái)上搭建雙饋風(fēng)電場(chǎng)仿真模型，驗(yàn)證了該方案在不同故障類型、勵(lì)磁涌流、不同大小噪聲及非同步數(shù)據(jù)傳輸影響下的有效性。

雙饋風(fēng)機(jī)；頻率偏移特性；同步擠壓小波變換；變壓器保護(hù)；二維軌跡圖

0 引言

風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源，已成為世界各國發(fā)展的熱點(diǎn)，也是能源戰(zhàn)略中不可或缺的部分[1-6]。DFIG以其調(diào)節(jié)快速、變速恒頻運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，成為了目前風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的主流機(jī)型。但系統(tǒng)發(fā)生深度電壓跌落故障時(shí)，DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)撬棒(Crowbar)電路的投入使得短路電流呈現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性，頻率范圍變?yōu)?5～60 Hz，致使變壓器兩側(cè)電流頻率差別較大[7-8]。

電力變壓器常以差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，該保護(hù)采用了比率制動(dòng)元件、涌流閉鎖元件、差動(dòng)速斷元件動(dòng)作邏輯相互配合來區(qū)分內(nèi)外部故障從而決定保護(hù)是否動(dòng)作[9-11]。但電流頻率偏移時(shí)，基于相量值的差動(dòng)保護(hù)、基于采樣值的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作性能都變差。一方面是DFIG短路電流成分的多樣性和復(fù)雜性，另一方面，基于工頻分量的傅里葉算法作為差動(dòng)保護(hù)配置的基礎(chǔ)，當(dāng)頻率偏離于工頻時(shí)，該算法本身也存在著誤差，兩方面原因共同導(dǎo)致了傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)性能變差[12-14]。為提高繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性，近年來小波分解及其相關(guān)衍生改進(jìn)算法在電網(wǎng)信號(hào)分析中表現(xiàn)出良好的前景[15-17]；但連續(xù)小波變換處理結(jié)果依賴于小波母函數(shù)的選擇，且處理結(jié)果分辨率較低，為此，文獻(xiàn)[18]在現(xiàn)有小波分析的基礎(chǔ)上，提出了同步擠壓小波變換(Synchrosqueezed Wavelet Transform, SWT)算法，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療科學(xué)、地理勘探、圖像處理等方面；而文獻(xiàn)[19-20]在文獻(xiàn)[18]的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，將同步擠壓小波變換應(yīng)用于線路暫態(tài)保護(hù)及時(shí)變諧波分析中，取得了進(jìn)一步的研究成果。

以上文獻(xiàn)對(duì)變壓器保護(hù)和故障信號(hào)處理方面進(jìn)行了深入的研究，但針對(duì)雙饋風(fēng)電場(chǎng)送出變的研究還需要進(jìn)一步深入。一方面，目前的研究多是針對(duì)傳統(tǒng)電源，部分針對(duì)雙饋風(fēng)電場(chǎng)電源的研究也主要是在計(jì)及Crowbar動(dòng)作情況下進(jìn)行的，而實(shí)際系統(tǒng)故障時(shí)，大多故障不會(huì)引發(fā)Crowbar動(dòng)作[21-22]；另一方面，同步擠壓小波變換具有特定頻段提取、多干擾多諧波信號(hào)的提取及頻率“聚焦”等優(yōu)點(diǎn)，在模式識(shí)別、圖像處理等方面得到了廣泛應(yīng)用，但鮮有文獻(xiàn)報(bào)道將該方法的優(yōu)點(diǎn)用于風(fēng)電場(chǎng)送出變的繼電保護(hù)中。

綜上，針對(duì)雙饋風(fēng)電場(chǎng)并入弱交流系統(tǒng)的特殊性，本文從解析式角度推導(dǎo)并分析了計(jì)及RSC控制和計(jì)及Crowbar動(dòng)作下的短路電流及其傅里葉分解表達(dá)式，得到了致使傳統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作性能降低的原因，從而提出了將SWT應(yīng)用于更切合該方法特點(diǎn)的風(fēng)電場(chǎng)短路電流提取中，并聯(lián)合兩側(cè)歸一化電流二維軌跡圖斜率對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別的保護(hù)新方案。結(jié)果表明，解析式的理論推導(dǎo)與仿真相符，以SWT聯(lián)合歸一化二維軌跡圖斜率判別故障并動(dòng)作的保護(hù)方案在各運(yùn)行工況下具有良好可靠性和有效性。

1 DFIG短路電流特性及其對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)的影響

1.1 DFIG短路電流特性分析

1.1.1計(jì)及Crowbar保護(hù)電路

變壓器保護(hù)配置目前仍采用傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)方案，并未充分考慮風(fēng)電場(chǎng)短路電流的特殊性對(duì)差動(dòng)保護(hù)中比率制動(dòng)模塊、涌流閉鎖模塊的影響。

含有Crowbar保護(hù)電路的DFIG并網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其定子側(cè)直接與電網(wǎng)相連，而轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流器與電網(wǎng)相連。變流器主要用于為轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)差頻率的勵(lì)磁電流，從而實(shí)現(xiàn)DFIG的變速恒頻發(fā)電運(yùn)行。

由于變流器容量較小，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子側(cè)過電流時(shí)，變流器極易損壞，所以轉(zhuǎn)子側(cè)配備了Crowbar保護(hù)電路。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)過電流時(shí)，Crowbar保護(hù)電路投入對(duì)變流器進(jìn)行短接，這一過程時(shí)間短，波形復(fù)雜。

DFIG在發(fā)生三相對(duì)稱故障后定轉(zhuǎn)子短路電流可以表示為式(1)，發(fā)生不對(duì)稱故障后定子短路電流正負(fù)序分量可表示為式(2)[23]。

圖1 含Crowbar保護(hù)電路的DFIG并網(wǎng)結(jié)構(gòu)

由式(1)可知，系統(tǒng)發(fā)生三相對(duì)稱故障后，由于Crowbar保護(hù)電路的投入，定子側(cè)的短路電流除了基頻分量、衰減直流分量以外，還有衰減轉(zhuǎn)速頻率分量。系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，由式(2)可知，定子短路電流中也含有基頻分量、衰減直流分量和衰減轉(zhuǎn)速頻率分量。其中，衰減轉(zhuǎn)速頻率分量頻率大小取決于故障前的轉(zhuǎn)速。一般地，DFIG運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速在0.7～1.2 p.u.之間，因此短路后定子側(cè)電流頻率在35～60 Hz之間，偏離于工頻50 Hz。

1.1.2計(jì)及RSC控制電路

雙饋風(fēng)機(jī)的Crowbar保護(hù)電路一般在機(jī)端電壓深度跌落時(shí)間歇性投入，而大部分故障機(jī)端電壓跌落較輕，保護(hù)電路不投入[24]，此時(shí)，雙饋風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器仍正常工作，控制降低短路電流。因此，本節(jié)研究計(jì)及RSC控制電路情況下的短路電流特性。

系統(tǒng)發(fā)生機(jī)端電壓輕度跌落故障時(shí)，計(jì)及RSC控制電路的雙饋風(fēng)機(jī)短路電流可表示為[25]

由式(3)可知，由于電壓輕度跌落未投入Crowbar對(duì)變流器進(jìn)行短接，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器仍在工作，轉(zhuǎn)子側(cè)不存在磁鏈突變。故計(jì)及 RSC 控制的雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流中含轉(zhuǎn)差頻率分量、衰減的轉(zhuǎn)速頻率分量和暫態(tài)自然分量，而定子短路電流含有基頻分量、衰減直流分量和暫態(tài)自然分量。

1.2 DFIG短路電流對(duì)送出變保護(hù)的影響

傅里葉算法作為變壓器保護(hù)配置的基礎(chǔ)，其對(duì)故障特征提取的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到保護(hù)是否能夠正確動(dòng)作。但由式(1)—式(3)可知，DFIG短路電流存在暫態(tài)自然分量及多種頻率分量的相互疊加，使得無論是計(jì)及Crowbar保護(hù)電路還是計(jì)及RSC控制電路，DFIG短路電流頻率均不再保持在50 Hz，這將對(duì)基于工頻量的傅里葉算法產(chǎn)生影響。

以A相為例，對(duì)計(jì)及Crowbar保護(hù)電路和計(jì)及RSC控制電路的定子短路電流進(jìn)行傅里葉變換，以研究短路電流特性對(duì)傅里葉算法的影響。傅里葉變換下正余弦系數(shù)計(jì)算式為[26-27]

由式(1)、式(2)可以發(fā)現(xiàn)，計(jì)及Crowbar保護(hù)電路時(shí)，無論系統(tǒng)發(fā)生對(duì)稱或者不對(duì)稱故障，其定子短路電流各頻率分量成分都是相同的，該電流經(jīng)過差分濾波處理后，認(rèn)為短路電流中不再含有直流分量，因此可將定子短路電流表示為

同理，將式(3)中定子電流進(jìn)行差分濾除直流分量后進(jìn)行傅里葉變換，得到計(jì)及RSC控制電路時(shí)定子電流經(jīng)傅里葉算法后基頻分量正余弦系數(shù)及幅值相角，如式(7)所示。

分析式(6)、式(7)可以發(fā)現(xiàn)，無論計(jì)及Crowbar保護(hù)電路還是計(jì)及RSC控制電路，DFIG短路電流經(jīng)過傅里葉變換后，基頻分量幅值、相角均不再保持恒定，而是疊加了一個(gè)誤差分量，該誤差分量受到Crowbar阻值、變流器控制參數(shù)及故障前運(yùn)行工況等多方面因素的影響。該誤差使得基于相量值的比率制動(dòng)環(huán)節(jié)動(dòng)作值和制動(dòng)值產(chǎn)生誤差，代入差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程時(shí)，會(huì)對(duì)變壓器保護(hù)動(dòng)作性能產(chǎn)生影響。

同理，以同樣的方法對(duì)計(jì)及Crowbar保護(hù)電路和計(jì)及RSC控制電路的DFIG短路電流二次諧波進(jìn)行傅里葉變換，得到的結(jié)論與基頻分量誤差分析相同，且二次諧波幅值和相角的波動(dòng)誤差更大，此處不再贅述。二次諧波傅里葉提取誤差會(huì)使得基于二次諧波占比的涌流閉鎖環(huán)節(jié)動(dòng)作值也在大范圍波動(dòng)，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)被閉鎖而拒動(dòng)。

1.3 傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)方案在風(fēng)電場(chǎng)中的適應(yīng)性分析

為驗(yàn)證傳統(tǒng)變壓器保護(hù)方案在風(fēng)電場(chǎng)中的適應(yīng)性，按照?qǐng)D2所示系統(tǒng)搭建雙饋風(fēng)電場(chǎng)仿真模型。

圖2 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 計(jì)及Crowbar保護(hù)電路時(shí)傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況

圖4 計(jì)及RSC控制電路時(shí)傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況

綜上，傳統(tǒng)變壓器保護(hù)配置應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)送出變中，由于風(fēng)電場(chǎng)短路電流的特殊性，在風(fēng)電滲透率較大、短路容量比較高時(shí)，基于傅里葉提取的傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)方案存在不正確動(dòng)作的情況，需要進(jìn)一步探索適應(yīng)于風(fēng)電場(chǎng)送出變的保護(hù)新方案。

2 基于同步擠壓小波變換的變壓器保護(hù)算法

2.1 同步擠壓小波變換原理

同步擠壓小波變換由Daubechies等人提出，該算法能夠?qū)ο嘟l率的小波系數(shù)進(jìn)行累加，并將其在中心頻率附近進(jìn)行擠壓、銳化，從而提高提取某頻率或頻段分量的精度，獲得更為精確和清晰的時(shí)頻曲線。從多含量復(fù)合信號(hào)中提取特定信號(hào)的基本過程如下所述。

3) 在中心頻率處利用連續(xù)小波系數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步擠壓小波變換(SWT)，計(jì)算同步擠壓小波系數(shù)。

2.2 基于同步擠壓小波變換的保護(hù)算法

2.2.1保護(hù)算法

針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)短路電流頻率偏移及多頻率混疊的特點(diǎn)，基于同步擠壓小波變換的保護(hù)算法利用式(8)—式(10)將短路電流向各中心頻率擠壓、聚焦，得到更為準(zhǔn)確、細(xì)化的各頻率含量。然后利用式(11)對(duì)特定頻率進(jìn)行提取，風(fēng)電機(jī)組配置傳統(tǒng)工頻量保護(hù)，因此本文對(duì)工頻量進(jìn)行提取，從而得到不受諧波和其他頻率分量信號(hào)干擾的工頻量。最后，利用提取出的兩側(cè)電流3周波數(shù)據(jù)進(jìn)行二維軌跡重構(gòu)，通過軌跡圖斜率實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果來決定保護(hù)是否動(dòng)作。具體保護(hù)流程如圖5所示。

圖5 基于同步擠壓小波變換的變壓器保護(hù)算法

2.2.2歸一化處理及保護(hù)判據(jù)設(shè)定

二維軌跡圖是指以變壓器兩側(cè)電流為自變量、因變量繪制的圖像，該圖像能夠較為全面地反映出兩側(cè)電流的關(guān)系，區(qū)內(nèi)區(qū)外故障特征較為明顯[28]。

圖6 不同故障下電流波形及二維軌跡圖

3 仿真驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證第2節(jié)所述方法的有效性，仍以1.3節(jié)圖2所示系統(tǒng)變壓器高低壓側(cè)發(fā)生區(qū)內(nèi)外故障為例進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)該方案在不同故障類型、勵(lì)磁涌流、不同大小噪聲及非同步數(shù)據(jù)傳輸條件下進(jìn)行仿真測(cè)試。

3.1 簡(jiǎn)單函數(shù)的SWT變換

風(fēng)電機(jī)組短路電流呈現(xiàn)出多分量多頻率混疊的特點(diǎn)，為了更直觀地驗(yàn)證SWT對(duì)于多頻率混疊提取的優(yōu)點(diǎn)，先以簡(jiǎn)單函數(shù)為例進(jìn)行驗(yàn)證，該簡(jiǎn)單函數(shù)為

圖7為對(duì)該函數(shù)的CWT提取和SWT提取的對(duì)比圖，從圖中可以看出，SWT相較于CWT，對(duì)混疊頻率具有更好的提取效果，提取精度及分辨率較高，能夠?qū)⒏黝l率分量向其中心頻率“聚焦”。

3.2 基于SWT變換的變壓器保護(hù)算法驗(yàn)證

利用前述方法對(duì)風(fēng)電場(chǎng)送出變兩側(cè)差流進(jìn)行SWT變換，然后利用式(11)對(duì)特定頻率的電流進(jìn)行提取，以獲得不受諧波及其他頻率分量干擾的工頻量，結(jié)果如圖8所示。最后對(duì)提取出的電流進(jìn)行歸一化并繪制二維軌跡圖，以軌跡圖最小二乘擬合出的中心斜率為判據(jù)，判斷不同故障工況。以最為嚴(yán)重的三相內(nèi)外部故障為例，研究該方案下故障識(shí)別的正確性，結(jié)果如圖9所示。

圖8 仿真模型下的CWT及SWT提取

圖9 三相故障時(shí)兩側(cè)電流二維軌跡圖

從圖8中可以看出：利用傳統(tǒng)的CWT提取雙饋風(fēng)電機(jī)組短路電流時(shí)，信號(hào)提取效果差，分辨率較低；而利用SWT提取風(fēng)機(jī)短路電流時(shí)，信號(hào)更為準(zhǔn)確和精細(xì)化，能夠有效地避免頻率交叉混疊，該方法更加適用于雙饋風(fēng)場(chǎng)。圖9結(jié)果表明，區(qū)外故障時(shí)歸一化二維軌跡圖中心斜率為-1，區(qū)內(nèi)故障時(shí)中心斜率為0.65，依據(jù)2.2.2節(jié)判據(jù)的設(shè)定值0.005，該方案判據(jù)能夠正確、可靠地對(duì)故障進(jìn)行判別，正確識(shí)別該故障為內(nèi)部故障。

3.3 不同運(yùn)行工況下保護(hù)算法驗(yàn)證

3.3.1不同故障類型的影響

分別在變壓器高低壓側(cè)設(shè)置不同類型故障，利用本文方案對(duì)故障進(jìn)行判別及動(dòng)作，其結(jié)果歸納如表1。

表1 不同故障類型的仿真結(jié)果

根據(jù)表1的結(jié)果，區(qū)外故障時(shí)，二維軌跡圖斜率均為接近-1的負(fù)數(shù)。而區(qū)內(nèi)故障時(shí)，二維軌跡圖斜率為接近1的正數(shù)，最嚴(yán)重的三相故障時(shí)斜率為0.65，相較于設(shè)定的判據(jù)0.005，故障特征依然明顯。所以，基于同步擠壓小波變換的變壓器保護(hù)方案故障特征明顯，判據(jù)簡(jiǎn)單有效，針對(duì)單相、兩相、三相區(qū)內(nèi)外故障均能正確判別。

3.3.2勵(lì)磁涌流的影響

從圖10(a)—10(c)中可以看出，三種故障工況下斜率分別為0、0.57、-1，根據(jù)設(shè)定的判據(jù)值0.005，能夠正確判別出勵(lì)磁涌流的非故障狀態(tài)及三相區(qū)內(nèi)外部故障狀態(tài)。結(jié)果表明無論是空載合閘還是帶故障合閘，該方案都能夠有效地進(jìn)行故障識(shí)別，相較于1.2節(jié)傳統(tǒng)保護(hù)，該方案具有更高的動(dòng)作可靠性。

3.3.3不同大小噪聲的影響

為更加切合實(shí)際電網(wǎng)中多頻率多諧波干擾的特點(diǎn)，在原始信號(hào)中加入不同信噪比(SNR)的高斯白噪聲，經(jīng)過SWT變換后繪制歸一化二維軌跡斜率。以三相區(qū)內(nèi)故障為例加入噪聲進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖11所示。

從圖11中可以看出，信噪比越小，噪聲對(duì)原始信號(hào)的干擾越大，致使原始信號(hào)產(chǎn)生畸變。但同步擠壓小波變換保護(hù)方案針對(duì)不同大小的噪聲干擾都表現(xiàn)出良好的魯棒性，能夠?qū)υ夹盘?hào)進(jìn)行有效提取，從而確保了故障識(shí)別的準(zhǔn)確性。本文方案下，為9時(shí)，歸一化軌跡圖斜率為0.51，為3時(shí)，歸一化軌跡圖斜率為0.68，大于本文動(dòng)作判據(jù)值，正確識(shí)別該故障為內(nèi)部故障，判別結(jié)果不受噪聲的影響。

3.3.4非同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?/p>

圖12數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)2 ms時(shí)二維軌跡圖

4 結(jié)論

本文針對(duì)雙饋風(fēng)電場(chǎng)并入弱交流電網(wǎng)的故障特性，提出了一種適應(yīng)于雙饋風(fēng)電場(chǎng)的基于同步擠壓小波變換聯(lián)合歸一化二維軌跡圖斜率的保護(hù)新方案，得到以下結(jié)論：

1) 分析了計(jì)及Crowbar保護(hù)電路和計(jì)及RSC控制電路情況下DFIG短路電流特性，并推導(dǎo)了兩種工況下短路電流經(jīng)傅里葉提取后的誤差表達(dá)式，該表達(dá)式適用于電壓深度及非深度跌落情況。

2) 仿真分析發(fā)現(xiàn)，由于DFIG短路電流特性及傅里葉提取誤差，傳統(tǒng)變壓器差動(dòng)保護(hù)方案存在動(dòng)作性能變差的情況。故本文提出了利用同步擠壓小波變換進(jìn)行故障特征提取并聯(lián)合歸一化電流二維軌跡圖對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別并動(dòng)作的保護(hù)新方案。結(jié)果表明該方案更適用于雙饋風(fēng)電場(chǎng)送出變保護(hù)，在各運(yùn)行工況下都具有良好的適用性，解決了傳統(tǒng)保護(hù)應(yīng)用于雙饋風(fēng)電場(chǎng)中受DFIG短路電流特性影響而拒動(dòng)或誤動(dòng)的問題。為雙饋風(fēng)電場(chǎng)送出變繼電保護(hù)的研究提供一定參考和借鑒意義。

(2)

(4)

[1] 馬瑞, 羅心儀, 肖麟祥. 基于隨機(jī)模糊機(jī)會(huì)約束的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式風(fēng)電雙層規(guī)劃模型[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(3): 46-55.

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Wind farm transmission transformer protection based on synchrosqueezed wavelet transform

YANG Xingxiong1, QU Yanbin2, SONG Huihui2, HUANG Kehao1, FAN Xiaohong1

(1. Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China;2. Harbin Institute of Technology (Weihai Branch), Weihai 264200, China)

At present, protection research and optimization of a power transformer are mostly aimed at the traditional power supply, and there is little work on transformer protection considering an RSC control circuit under the power supply of doubly fed wind farm. When the doubly-fed wind farm is connected to a weak current network, the action performance of the traditional transformer differential protection becomes worse. Based on this, this paper analyzes the characteristics of short-circuit current with a crowbar protection circuit and RSC control circuit when the system fails, and deduces the error expression of short-circuit current extracted by a Fourier algorithm under two operating conditions. The reasons for the degradation of the performance of the traditional differential protection are analyzed, and a new protection scheme is proposed, one which uses a synchronous squeezed wavelet transform to extract the fault features and combines the normalized two-dimensional trajectory diagram to identify and act on the fault. The scheme is not affected by the short-circuit current characteristics of the wind farm. It has better applicability and higher accuracy in the output transformer of a doubly-fed wind farm. Finally, a simulation model of doubly fed wind farm is built on Matlab/Simulink platform to verify the effectiveness of the scheme under the influence of different fault types, inrush current, different noise and asynchronous data transmission.

doubly-fed induction generator; frequency offset characteristics; synchrosqueezed wavelet transform; transformer protection; two-dimensional trajectory figure

10.19783/j.cnki.pspc. 211229

2021-09-06；

2021-10-25

楊興雄(1995—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)力技術(shù)及其繼電保護(hù)策略研究；E-mail：1378808105@qq.com

曲延濱(1961—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)及電力電子與電力傳動(dòng)。E-mail: quyanbin@hit.edu.cn

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(61773137)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(ZR2019MF030)；中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目資助(2018M641830)

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 61773137).

(編輯 葛艷娜)