适用于海上风电低频变压器的保护方法研究

高淑萍; 贾淘惠; 宋国兵; 王晨清; 权喆; 周永宁

doi:10.7652/xjtuxb202605018

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适用于海上风电低频变压器的保护方法研究

更新时间：2026-04-27

- 适用于海上风电低频变压器的保护方法研究
- Research on Protection Methods for Offshore Wind Power Low-Frequency Transformers
- 西安交通大学学报 2026年60卷第5期页码：185-193
- 作者机构：
  
  西安科技大学电气与控制工程学院，710054，西安
  西安市电气设备状态监测与供电安全重点实验室，710054，西安
  西安交通大学电气工程学院，710049，西安
  国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，211103，南京
- 作者简介：
  
  作者简介：高淑萍（1970—），女，副教授。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52577138);陕西省自然科学基金资助项目(2024JC-YBMS-792);国家电网有限公司总部科技项目(520940200060)
- DOI：10.7652/xjtuxb202605018
  中图分类号： TM772
- 收稿：2025-10-15，
  
  纸质出版：2026-05-10
- 稿件说明：
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高淑萍, 贾淘惠, 宋国兵, 等. 适用于海上风电低频变压器的保护方法研究[J]. 西安交通大学学报, 2026,60(5):185-193.

GAO Shuping, JIA Taohui, SONG Guobing, et al. Research on Protection Methods for Offshore Wind Power Low-Frequency Transformers[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2026, 60(5): 185-193.
高淑萍, 贾淘惠, 宋国兵, 等. 适用于海上风电低频变压器的保护方法研究[J]. 西安交通大学学报, 2026,60(5):185-193. DOI： 10.7652/xjtuxb202605018.

GAO Shuping, JIA Taohui, SONG Guobing, et al. Research on Protection Methods for Offshore Wind Power Low-Frequency Transformers[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2026, 60(5): 185-193. DOI： 10.7652/xjtuxb202605018.

摘要

针对柔性低频输电系统中的变压器差动电流波形畸变导致传统二次谐波制动原理失效的问题。提出一种基于经验模态分解（EMD）与时域投影面积的低频变压器保护新方法。该方法首先利用EMD将差动电流自适应分解为一系列本征模态函数（IMF）及残余分量；随后计算各IMF分量的时域投影面积，构建故障识别特征量；最后结合理论分析设定判据阈值，实现励磁涌流与区内故障电流的准确识别。基于PSCAD/EMTDC搭建海上风电柔性低频输电系统模型并开展仿真验证。结果表明：所提方法在故障后60 ms内即可完成准确识别，可靠性明显优于传统方法。在0°～90°不同合闸角，3%、5%、7%典型谐波畸变率及20、25、30 dB高斯白噪声等干扰条件下均未出现误判。提出的方法有效克服了传统方法的缺陷，具有较强的鲁棒性，为海上低频输电系统变压器保护提供了一种可行的方法。

Abstract

To address the issue of waveform distortion in differential currents of transformers within flexible low-frequency transmission systems leading to the failure of traditional second harmonic restraint principles

a novel protection method for low-frequency transformers based on empirical mode decomposition (EMD) and time-domain proj ection area is proposed. This method first uses EMD to adaptively decompose the differential current into a series of intrinsic mode functions (IMFs) and a residual component. Subsequently

the time-domain proj ection area of each IMF component is calculated to construct fault identification features. Based on theoretical analysis

threshold criteria are set to accurately distinguish between magnetizing inrush currents and internal fault currents. A simulation model of an offshore wind power flexible low-frequency transmission system was established usingPSCAD/EMTDCfor validation. The results show that the proposed method can achieve accurate identification within 60 ms after a fault occurs

demonstrating significantly higher reliability compared to traditional methods. No misjudgment occurs under various interference conditions

including different closing angles from 0°to 90°

typical harmonic distortion rates of 3%

and 7%

and Gaussian white noise with signal-tonoise ratios of 20

and 30 dB. The proposed method effectively overcomes the shortcomings of traditional approaches

exhibits strong robustness

and provides a feasible solution for transformer protection in offshore low-frequency transmission systems.

关键词

Keywords

references

王锡凡，卫晓辉，宁联辉，等.海上风电并网与输送方案比较[J].中国电机工程学报，2014，34（31）：5459-5466.

WANG Xifan，WEI Xiaohui，NING Lianhui，et al. Integration techniques and transmission schemes for off-shore wind farms[J].Proceedings of the CSEE，2014，34（31）：5459-5466.

吴磊.海上风电技术发展综述[J].机械制造，2024，62（10）：1-15.

WU Lei.Development overview of offshore windpower technology[J].Machinery，2024，62（10）：1-15.

谢非，申璞，李致尧，等.海上风电柔性直流和低频交流并网方案经济性分析[J].电工技术，2025（9）：7-11.

XIE Fei，SHEN Pu，LI Zhiyao，et al.Economic analysis of flexible DC and low-frequency AC grid-connected schemes for offshore wind power[J].Electric Engineering，2025（9）：7-11.

YU Lujie，FU Ziyu，LI Rui，et al.DRU-HVDC for offshore wind power transmission：a review [J].IET Renewable Power Generation，2024，18（13）：2080-2101.

DAKIC J，CHEAH-MANE M，GOMIS-BELLMUNT O，et al.Low frequency AC transmission systems for offshore wind power plants：design，optimization and comparison to high voltage AC and high voltage DC [J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2021，133：107273.

蔡旭，杨仁炘，周剑桥，等.海上风电直流送出与并网技术综述[J].电力系统自动化，2021，45（21）：2-22.

CAI Xu，YANG Renxin，ZHOU Jianqiao，et al.Review on offshore wind power integration via DC transmission[J].Automation of Electric Power Systems，2021，45（21）：2-22.

刘卫东，李奇南，王轩，等.大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望[J].中国电力，2020，53（7）：55-71.

LIU Weidong，LI Qinan，WANG Xuan，et al.Application status and prospect ofVSC-HVDCtechnology for large-scale offshore wind farms[J]. Electric Power，2020，53（7）：55-71.

PAULO S M，ALMEIDA A D O，ALMEIDA P M D，et al.Control of an offshore wind farm considering grid-connected and stand-alone operation of a highvoltage direct current transmission system based on multilevel modular converters [J].Energies，2023，16（16）：5891.

黄明煌，王秀丽，刘沈全，等.分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析[J].电力系统自动化，2019，43（5）：167-174.

HUANG Minghuang，WANG Xiuli，LIU Shenquan，et al.Technical and economic analysis on fractional frequency transmission system for integration of longdistance offshore wind farm[J].Automation of Electric Power Systems，2019，43（5）：167-174.

黄阳，陶永政，孔志达，等.海上风电柔性低频输电系统的技术经济分析[J].电网技术，2024，48（12）：4865-4875.

HUANG Yang，TAO Yongzheng，KONG Zhida，et al. Techno-economic analysis of flexible low-frequency transmission system for offshore wind farm integration[J]. Power System Technology，2024，48（12）：4865-4875.

汪大洋，刘宗烨，李沛，等.基于模块化多电平矩阵换流器的海上风电分频系统经济性分析[J].分布式能源，2018，3（2）：16-22.

WANG Dayang，LIU Zongye，LI Pei，et al.Economic analysis of fractional frequency transmission system for offshore wind farm based on modular multilevel matrix converter[J].Distributed Energy，2018，3（2）：16-22.

MENG Yongqing，YAN Shuhao，WU Kang，et al. Comparative economic analysis of low frequency AC transmission system for the integration of large offshore wind farms [J].Renewable Energy，2021，179：1955-1968.

王巧媛，贾少锋，梁得亮，等.柔性输电用低频变压器电磁分析与多目标优化设计[J].电力自动化设备，2025，45（4）：216-224.

WANG Qiaoyuan，JIA Shaofeng，LIANG Deliang，et al.Electromagnetic analysis and multi-objective optimization design of low-frequency transformer for flexible power transmission[J].Electric Power Automation Equipment，2025，45（4）：216-224.

王巧媛，贾少锋，梁得亮，等.基于多物理场仿真的低频变压器温度特性分析及导向结构优化[J].高电压技术，2024，50（5）：2009-2019.

WANG Qiaoyuan，JIA Shaofeng，LIANG Deliang，et al. Temperature characteristics analysis and guide structure optimization of low-frequency transformer based on multi-physics field simulation[J].High Voltage Engineering，2024，50（5）：2009-2019.

陈飞，宋磊，孙业荣，等.风力发电低频输电用变压器的关键技术[J].变压器，2022，59（12）：23-27.

CHEN Fei，SONG Lei，SUN Yerong，et al.Key technologies of low-frequency transmission transformers for wind power generation[J]. Transformer，2022，59（12）：23-27.

顾乔根，张晓宇，吕航，等.基于故障负序分量的低频变压器快速差动保护[J].电力系统自动化，2023，47（7）：184-192.

GU Qiaogen，ZHANG Xiaoyu，LYU Hang，et al. Fast differential protection of low-frequency transformer based on fault negative sequence component[J]. Automation of Electric Power Systems，2023，47（7）：184-192.

林进钿，倪晓军，裘鹏.柔性低频交流输电技术研究综述[J].浙江电力，2021，40（10）：42-50.

LIN Jindian，NI Xiaojun，QIU Peng.Review of flexible low-frequency AC transmission technology[J]. Zhejiang Electric Power，2021，40（10）：42-50.

杨柏旺，佘阳阳，赵德勇，等.直驱永磁同步风力发电系统双PWM控制策略[J].微特电机，2014，42（11）：76-80.

YANG Baiwang，SHE Yangyang，ZHAO Deyong，et al.Double PWM control strategy of direct-drive permanent magnet synchronous wind power generation system[J].Small & Special Electrical Machines，2014，42（11）：76-80.

徐政，张哲任.低频输电技术原理之一：M 3 C的数学模型与等效电路[J ] .浙江电力，2021，40（10）：13-21.

XU Zheng，ZHANG Zheren.Principles of low frequency power transmission technology：part 1 mathematical model and equivalent circuit ofM 3 C[J ] .Zhejiang Electric Power，2021，40（10）：13-21.

徐政，张哲任.低频输电技术原理之二：M 3 C的稳态特性与主回路参数设计[J ] .浙江电力，2021，40（10）：22-29.

XU Zheng，ZHANG Zheren.Principles of low frequency power transmission technology：part 2 the steady-state characteristics of M 3 C and the design of main circuit parameters[J ] .Zhejiang Electric Power，2021，40（10）：22-29.

徐政，张哲任.低频输电技术原理之三：M 3 C基本控制策略与子模块电压平衡控制[J ] .浙江电力，2021，40（10）：30-41.

XU Zheng，ZHANG Zheren.Principles of low frequency power transmission technology：part 3 basic control strategy for the M 3 C and sub-module voltage balance control[J ] .Zhejiang Electric Power，2021，40（10）：30-41.

SHUKLA S，MISHRA S，SINGH B.Empirical-mode decomposition with Hilbert transform for power-quality assessment [J].IEEE Transactions on Power Delivery，2009，24（4）：2159-2165.

张保会，王进，郝治国，等.风电接入对继电保护的影响（三）：风电场送出变压器保护性能分析[J].电力自动化设备，2013，33（3）：1-8.

ZHANG Baohui，WANG Jin，HAO Zhiguo，et al. Impact of wind farm integration on relay protection（3）：performance analysis for wind farm outgoing transformer protection[J]. Electric Power Automation Equipment，2013，33（3）：1-8.

史艳刚，朱海勇，陆立文，等.低频输电系统控制对差动保护影响及优化策略[J].电力工程技术，2025，44（3）：160-169.

SHI Yangang，ZHU Haiyong，LU Liwen，et al.Influence of low-frequency transmission system control on differential protection and optimization strategy[J]. Electric Power Engineering Technology，2025，44（3）：160-169.

刘乃皓，高厚磊，徐彬，等.经柔性高压直流输电并网的海上风电送出线路拟功率和、差波形比较式纵联保护[J].电力自动化设备，2024，44（8）：62-69.

LIU Naihao，GAO Houlei，XU Bin，et al.Quasi-power sum and differential waveform comparison type pilot protection forVSC-HVDCgrid-connected offshore wind power outgoing line[J].Electric Power Automation Equipment，2024，44（8）：62-69.

陈达壮.基于EMD方法的变压器励磁涌流识别[D].北京：华北电力大学，2011.

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