风电场控制方案

当风电场规模较大时，风电场层面的功率控制对系统的高效稳定运行非常重要。世界首座大型海上风电场——丹麦Horns Rev风电场早在2002年前后就实施了风电场综合控制，对风电场和电力系统的稳定运行起到了至关重要的作用^[26]。

一般而言，风电场的功率控制采用图3-25所示的分层结构^[27]。风电场集中控制器根据电力系统调度员的指令控制风电场的输出功率，根据并网点处电压频率信息及风电场内各台风力机的功率输出能力实时计算各台风力机的有功和无功指令并发送给各风力机控制器；各风力机分散控制器则根据风电场的功率指令控制自身的输出功率。

图3-25 风电场功率分层控制

各风电机组功率指令的分配方法有多种。对于有功功率的分配，可根据各风力机桨叶迎风面的风速（或各风力机可输出的最大有功功率）设置相应的分配权重，再将风电场总的有功功率输出需求以加权平均的方式分配给各单台机组。例如，根据风速大小设定有功功率分配权重值见表3-1^[28]。

表3-1 风场内各机组有功功率输出权重值

相应地，各台机组的有功功率指令值可设置为(www.xing528.com)

式中：P_ref（v）为单台风电机组的有功功率指令；P_WFcmd为风电场总输出有功功率指令值；DF_WT（v）为各台机组的功率权重值；W（v）为根据表3-1由风速v所得到的权重值；N（v）为桨叶迎风面风速为v的风力机台数。关于该方法的进一步详细介绍可参阅参考文献^[28]。

对于无功功率的分配，可以实时监控风电场中每台机组的动态无功功率输出极限，风电场集中控制器根据此极限和电网调度的无功功率指令，以加权平均的方式计算各机组的无功功率指令。例如，可设置各机组的无功功率指令为

式中，Q_gref为电网调度的无功需求；Q_giref为第i台风力机组的无功功率指令；Q_gimax为风电场中各机组的动态无功功率输出极限。关于该方法的进一步详细介绍可参阅参考文献^[29]。

除了上述功率分配方案，也可借鉴传统电力系统中同步发电机的功率分配思想，根据各台机组的有功和无功功率的输出能力，人为设计有功功率-频率（P_-f）和无功功率-电压（Q-U）下垂特性曲线，检测并网点处的频率和电压信息，根据设计的下垂特性曲线计算各台机组的有功和无功功率指令，与传统发电机类似，该方法只需测量当地的电压、频率信息，不需要远端的电网信息，因而省去了通信系统，结构简单且成本较低。为进一步减小风电场的有功和无功功率输出波动，以提高电力系统的稳定裕度，各机组需要额外配备一定容量的储能装置和无功补偿装置^[30]。