介绍一种风力发电机功率管理功能的设计-

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风电场风速及风功率预测方法研究综述，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风电场风速及风功率预测方法研究综述，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.