风电场有功功率控制综述

风电场有功　摘要：针对风电大规模的集中接入模式，提出合理的风电场有功功率控制策略使得　

风电场可以近似常规发电厂那样承担电力系统频率调节的作用，减小对接入电网的影　响。对风电场有功功率控制模式进行了详细的介绍，并且对不同情况下的风电场有功　功率分配策略进行了分类，展望了该领域的可能研究方向。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ａｃｃｅｓｓ　ｍｏｄｅｗｉｎｄ　ｆａｒｍ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ａｃｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　

ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｓｏ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｄ　ａｓ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　ｔｏ　

ａｓｓｕｍｅ　ｔｈｅ　ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄ　ｈｅｎｃｅ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｒｉｄｔｈｅ　

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｐｌａｙｅｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅＴｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　

ｆａｒｍ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｇｉｖｅｓ　ａ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｎ　ｔｈｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍ　ａ　ｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏ　

关键词：风电场；有功功率控制；有功功率分配　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ　ｆａｒｍ；ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｏ　引　言　风能作为‘种清沾的呵ｆｌ川ｉ能源　仃取之不　刑之　竭、环境污染小、投资灵活等ｉｆ｝多优点。瞅洲　许引ＫＩ家，如坩茭、　班牙、悠　风电ＪＦ发的地域分布　常稀疏，大郜采ｆＨ分敞按入电Ｉ州的　式，绝大部分　电能就地淌纳，　此风电的发眨对电　）系统的影响较　小，达　家的风Ｉ　穿透功牢已经达刮２（）％以＿Ｊ：。我　国［ｔ９　Ｊ￣Ｕ包初期采Ｊｔ　Ｊ小规模、分敞接入的策略，近年考　虑刮找Ⅲ　１：Ｊｘｌ资源集－　ｉ的特点也将人规模集ｌｆ，　接入作为·个一　的，皮展策略。然而，人脱模集ｌＩＩ　ＪＦ　发也会给电　的稳定、安个运行带来挑战。这是ＩＮ为　风ｌ　场装机容　断增ＪＪＩｌ，人型的风　Ｊ发电场输１１Ｉ　的仃功功率具仃问歇性和Ｉ波动性的特点，导敛大规模　风ＩＵ　Ｊ［－ｌ￣ｌＩｌ丁能会ｆＪＩ起｝乜网ＩＵ　ＪＫ水　降，产生线路传　输功率趔¨｛热极限、系统　路容量增加和系统暂态稳　定性改变等·系？／ｍｉｌｌ—Ｊ题Ｉ　Ｉ。　风电场的ｆ『功功率控制足风电场呵控运行的·项　关键披术，控制策略的优劣　接影响剑Ｊｘ【场输出功率　的稳定性、快速　、跟随　：等各项　能指标，所以发展　风Ｉｕ场的仃功功率控制技术能够保证Ｉ更ｆ　效地利『｛Ｉ风　能，也埘Ｉ乜力系统的安全、稳定运行起荷重要作刖。风　电场　ｒ功功率控制需要综合学虑风电场的有功功率颅　测Ｉｆ｝Ｉ线、Ｉ乜Ｉ州对风电场Ｖ．Ｊ４＋‘功功率凋度『¨１线，合理地确　定风电场的有功功　钲控制模式，并给定·个风场参考　的仃功功率输…ｆｆ｛，将此仃功功率输ｆＩ｛值仃效、合　地分配给风电场内的各台风Ｉ乜机组，保ｉＩＥ风电场的功　率输ｆ¨化尽可能满足电Ｉ州凋度的Ｉ｜＝ｉ＝Ｊ时，也使风电场可　以近似常觇发ＩＵ　Ｊ‘那样承于ＩＪ电力系统频率调节的作　用，减小　－ｆ电Ｉ州的影Ⅱ向。　义介　ｆＦ－ＩＩＮ＋ｇｌ￣对风电场何功功率控制方￣ｉＶ，Ｊ　研究成果，包　风ｌ乜场何功功率的控制模式以及风场　情况　功率分配的策略，并讨沦ｒＩ１前风电场　的仃功功率摔制过　巾存　的部分州题和小足，外埘　未水·　ｆ能的研究　向做了腱　。　

１　风电场有功功率控制的发展阶段　找…的风ｌ　Ｊ　、　发眨索Ｕ期足将小规模的风Ｉ乜场　与眦ＩＵ　：接ｆ¨连，这样能够减少输Ｉ乜　向配电『舣Ｊ输　送的ｌ　，缓　输电　的输　压力，也＿『以降低Ｉ乜　Ｊ　

系统的网络损牦。但同时，由Ｊ　配电　通常处］　ＩＵ　系统的木端、承受冲击的能力很弱，昕以风Ｉ乜输ｊｌｊ功　率的随机性和波动性会给配电网络带来　波污染、Ｉ乜　波动及闪变等问题Ｉ　。　随着风Ｉ乜场　黾的Ｉ１益增人，风Ｉ乜场　始　．ｊＩＵ　等级＿更高的输电网相连，传统的风电场彳　功功率就地　衡的模式　利１－大电Ｉ州淌纳大规模风ｌ乜场的仃功　Ｊ，需要研究新的风电场何功控制策略，任保ｉｌｌ！ｄ￣　系统安全、稳定运行的前提　·一　能地提高风电　［１９＋ＩＪ刖率。楸　风电场　ｌＵ　Ｊ系统干『功功率调度过　ｌＩＩ参　调度的能力划分，风Ｉ乜场仃功功牢摔制系统的　发展可分为以Ｉ　３个阶段ｌ　Ｉ：　

图１风电场有功功率控制　（Ｉ）风电场［１９＂ｈ功功率输¨ｌ不参　系统的自动发ｔ乜　控制（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＡＧＣ）。任该发展　阶段，通常不考虑风电功率的预测值，　仪仅将风ｌ乜场　的何功功率输ｍ当作电力系统负的负荷求处理。ｌｈ　ｒ　风电的输出功率仔在随机性歧波动性，通常需要　合　系统的热备ＪＨ容量来进行动态的功率补偿。ｎ　，Ｉ卜　闻电网对风电的调度基本上处丁此发展阶段。　（２）电力系统自动发Ｉ乜控制考虑风电场的风Ｉ　ｌｌ　力的预测值，并将风电预洲的不确定¨　与负荷颅洲的　不确定性结合起来安排风电场的发Ｉ乜汁划。任此发　展阶段　原则Ｉ：电网不Ｉ：涉风电｝Ｉｉ　，但由＝１　风电　Ｅ强隧要Ｉ绷圈Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｕｍｍａ　ｒｉｚｅ　预测功率并不精确，此种控制模式仅有欧洲部分国　家进行尝试。　（３）电网对风电场的有功功率输出值进行实时调　度，使其能近似常规发电厂那样主动参与电力系统的　调频、调峰等各项需求。根据风电预测系统发布的风电　场最大可能出力　，并且考虑保证电网安全、稳定的　条件，风电场有功功率调度中心发出输出参考功率　风电场的自动发电控制中心将风电场的出力要求　分配到风电场内的各台风机以及备用储能装置。　２风电场有功功率的控制模式　风电场调度层的有功功率控制不仅要考虑风电　场的功率预测曲线，还要考虑电网对风电场有功功率　的调度曲线。当风电场的运行状态、电网功率调度不　同时，风电场也需要工作ｒ不同的控制模式之下。现　行的风电场接入电网下的控制模式主要有：最大出力　模式、功率限制模式、平衡控制模式、功率增率控制　模式、差值模式以及调频模式等　。”。　２．１最大出力模式　最大出力模式是指当风电场的预测功率小于电　网对风电场的调度功率时，风电场处于最大出力状态　向电网注入有功功率。最大出力控制模式就是在保证　电网安全稳定的前提下，根据电网风电接纳能力计算　各风场最大出力上限值，风电场输出功率变化率在满　足电网要求的情况下处于自由发电状态。若超出本风　电场的　限值时，可根据其他风场空闲程度占用其他　风电场的系统资源，以达到出力最大化和风电场之间　风资源优化利用的目的。　在最大出力模式投入运行时，风电场内的各台达　到切入风速但在额定风速以下的风机处于最大功率跟　踪（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ，ＭＰＰＴ）状态；风　电场内处于额定风速以上的各台风电机组运行在满功　率发电状态，从而保证风电场的输出功率达到最大值，　尽可能提高风能资源的利用效率。　２．２功率限制模式　功率限制模式是指风电场有功控制系统将整个风　４　Ｉ装　备　机　械　电场的有功出力控制在预先设定的或者电网调度机构　下发的限定值之下，并且限制值可以根据不同的风电场　运行情况，在不同的时间段分别给出。　在功率限制模式投入运行时，风电场的有功功　率输出应当不高于预先设定的或者电网调度机构下　发的限定值，即：若风电场的最大出力能够到达有功　功率输出的限定值，则风电场的有功功率输出应该维　持在限定值；若风电场的最大出力小于有功功率输出　的限定值，则风电场上述所说的最大出力模式，应使　得风电场的有功出力能够尽可能接近风场有功功率　输出的限定值。　

２．３平衡控制模式　平衡控制模式是当电网频率出现非正常变化，需　要风电场降低向电网输出功率时，用来控制风电场减　少输出功率，此时由风电场的输出功率来补偿电网频　率的变化。　在平衡控制模式投入运行时，风电场有功功率控　制系统立即将风电场的有功功率出力按照给定的斜率　调整至电网调度的限功率值（若电网调度的限功率值　大于风电场的最大出力，则调整至最大出力值）；当　退出平衡控制模式时，风电场有功功率控制系统按照　给定的斜率恢复至风电场的最大出力值。　

２．４功率增率控制模式　功率增率控制模式是对风电场输出有功功率的　变化率进行限制，使风电场输出的有功功率能够保持　定的稳定性，并且能满足国家电网公司颁布的关于　有功功率变化率的相关规定Ｉ　］。　在功率增率控制模式投入运行时，风电场的输出　功率在每个控制周期的变化必须在给定的斜率范围之　内，且风电场的整体输出功率应该在满足斜率的前提　下尽量跟随风电场的预测功率。风电场的功率增率控　制模式可以避免风电场的输出功率变化过于频繁、变　化率过大，从而保证功率输出的稳定性。该模式通常　与风电场的其他控制模式组合使用，在保证输出功率　斜率满足条件下，对风电场的其他方面进行控制。