摘要 摘 要: 随着风力发电场的增加，为了更好的响应电网调度对风电场有功功率的实时管理，需要风电场每台风机能够实时自动响应风电场 SCADA 系统对有功功率的调配。因此需要风力发电机
摘 要: 随着风力发电场的增加，为了更好的响应电网调度对风电场有功功率的实时管理，需要风电场每台风机能够实时自动响应风电场 SCADA 系统对有功功率的调配。因此需要风力发电机具有功率管理功能。介绍一种风力发电机功率管理功能的设计。
关键词: 风力发电; 风机控制; 功率管理
1 风电场功率管理
在连接到电网中的风电场所发出的功率受调度的统一管理，电网调度根据电网运行情况，将各个风电场需要生产的有功电量值和无功电量值下发给各个风场。风场在收到指令后，控制风机的运行状况，来调整整个风电场的有功电量和无功电量的生产。
目前各个风场的情况不同，采用的方法也不尽相同，有的风场 SCADA( supervisory control and data acquisition) 监控中心不具备 AGC( Automatic Generation Control) ，只能采取人工控制的方法，即当电网调度限制风场总出力时，人为通过风场 SCADA 系统判断风机当前风速及各风机的运行状态，手动操作下发指令，使风机停止运行来控制整个风电场的有功功率的输出。这样给带来风电场的运维人员带来很大工作量，且不能很准确有效地控制风电场有功功率，若不及时还会遭到调度处罚，极为不便。
此时，需要风机主控制器具备功率调节功能，相应 SCADA 的调度指令，能够根据 AGC 的有功设定值，精准的自动调节各风机的有功输出电量及无功功率补偿。其大体流程如下。
1) 电网调度: 根据电网承受能力调节，为控制整个电网潮流稳定，需控制接入电网各风电场的有功出力，下发功率指令。
2) 风场监控中心及 AGC 系统: 运维人员通过接收调度下发有功出力指令，手动输入或自动接入网调系统，实现 AGC 系统的控制输入。AGC 系统根据各台风机当前的有功出力、风速、风功率预测等数据进行计算，计算结果通过风场环网通信下发至各台风机主控器，主控器通过 AGC 系统下发的功率指令进行相应的有功和无功调节，最终达到电网调度设定值。
3) 单台风机系统: 单台风机系统从风场环网接受到的出力指令，进行功率调节，通过变桨和速度调节，使单台风机功率稳定在设定值附近。
2 风力发电机功率管理的实现
风场中的各台风机主控制器在收到 SCADA 发出的功率管理给定值后，需要根据给定值进行调整有功功率。根据发电机特性: 有功功率等于发电机转速和发电机转矩的乘积，因此，要控制有功功率输出，可以通过调整发电机的转速和转矩来实现。现目前风力发电技术中应用较为广泛的是双馈风力发电机组，双馈发电机的转速和转矩均可调节。但转速和转矩如何调节，就需要进一步讨论了。
风机的叶片参数中叶尖速比固定，在相同的风速下，转矩和转速可有不同的对应关系，但在这些对应关系中，存在一个最优控制点，可保证风机在此点的输出功率最大。通过大量实验数据拟合得到图 1 中所示的 2 条曲线，即曲线 1: A - B - F - H - C - D - E; 曲线 2: A - B1 - B - F - H - C - C1 - E; 通过验证，图 1 中拟合得到的曲线是最优模态增益下的转速转矩曲线。只有当 Optimum Cp 值这条曲线上时，机组在对应风速下才能获取最优的功率输出。
由图 1 中曲线可以看出，曲线 2 与曲线 1 相比，曲线 2 工作再最优转速 - 转矩曲线要比曲线 1 在最优转速 - 转矩曲线的工作点要多。因此，风机工作在曲线 2 上的风能利用效率要优于工作在曲线 1 上的风能利用效率。当风机在进行功率管理时，机组主控制器根据有功功率设定值计算转速和转矩，必须依照这条曲线进行寻优计算，一个功率点对应唯一的转速和转矩值。
3 运行效果
在实际运行测试中，通过大量数据分析，测试风机对 AGC 系统下发的功率指令，进行功率调节的效果如图 2、图 3，其中图 2、图 3 中备有 3 通道释意为功率管理的设定功率值。
从图 2 中可以看出，风机在启机并网功率提升阶段，有功功率平稳提升至稳态闭环控制状态。当风机 AGC 系统使能功率管理后，此风机控制系统能够很好的跟随功率设定值，且功率波动很小。在图 3 中可以看出，风机 AGC 系统是能关闭，退出功率管理状态后，有功功率能够平稳提升至正常稳态运行状态，响应速度也很快。重复风机 AGC 系统使能，风机有功功率能够快速平稳到达目标功率设定点。验证效果良好。
4 结语
在风场实际运行测试过程中，单台风机的有功功率能够很好的跟随风场 AGC 功率管理系统的设定值，实时动态响应 SCADA 系统的调度指令，很好的对整个风场有功功率进行控制和自动管理，很大程度上提高了风力发电厂的运行和管理的效率。
参考文献:
[1] 张先勇，吴捷，杨金明. 基于自抗扰解耦的变速恒频风力发电功率控制系统[J]. 电气传动，2007，37( 2) : 8 - 11.
[2] 邓文斌，王维庆，刘磊，等. 基于模糊 PID 的风力发电功率控制研究[J]. 电力学报，2013，28( 1) : 40 - 43.
《风力发电有功功率管理研究》来源：《技术与市场》，作者：王秉旭。
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