风电场的有功功率控制策略

电力系统中的负载和发电机组的输出功率随时发生着变化，当发电容量与用电负载之间出现有功功率不平衡时，系统频率就会产生变动，出现频率偏差，频率偏差的大小及其持续时间取决于负载特性和发电机组控制系统对负载变化的相应能力。

定桨距恒速风电机组不能控制自身的有功功率输出，因而在由于风况变化而引起的有功功率输出变化时，只能依赖电力系统的频率调整装置进行电网频率调节。具备变桨系统的风电机组因其可控制风轮吸收的机械功率，从而有能力控制自身有功功率的输出，但也只能是以损失发电量为代价，根据国际电工标准的要求，变速恒频风电机组应具有20%～100%额定功率范围内有功功率的连续调节能力。

在一次调频时域范围内，分布在大片区域内的风电机组与其风电功率波动的相关性是很小的。对于一次调频来说，相对于常规发电厂跳机的影响，风电功率短时波动完全可以忽略不计。

二次调频主要是在大的功率失衡出现后，保证在每个控制区内的功率平衡恢复到所编排的发电计划中的约定值。二次调频是通过每个控制区内的中央AGC（Automatic Generation Control，自动发电控制）来自动控制的，其动作时间从几十秒到15min。三次调频，又称15min备用，通常是由控制区内的调度手动调节，来替代二次调频，这样被占用的二次调频备用容量可重新供应。

当风电规模很大时，由于相互抵消作用，短期的风电功率波动（在二次调频时域范围15min内）并不是很大，一般不超过风电装机容量的3%。相对于常规发电厂跳机的影响，风力发电预测误差的短期波动是较小的，故风力发电对二次调频没有更高的要求^[11]。

从经济的角度来说，对于持续时间较长的频率偏差，应该用三次调频来补上。在常规电力系统中，频率偏差由发电厂跳机和负载预测误差造成。随着系统中风力发电的比例增大，由于风力发电预测误差的影响越来越明显，这时不仅需要正功率备用（实际风电功率低于预测值时），而且也需要负功率备用（实际风电功率高于预测值时）。从功率备用可行性来看，抽水蓄能电站或许是最好的选择。

目前，《GB/T 19963—2011风电场接入电力系统技术规定》中也已经对风电场有功功率调整提出了明确的要求^[12]：

（一）基本要求

风电场应符合DL/T 1040的规定，具备参与电力系统调频、调峰和备用的能力。

风电场应配置有功功率控制系统，具备有功功率调节能力。

当风电场有功功率在总额定出力的20%以上时，场内所有运行机组应能够实现有功功率的连续平滑调节，并能够参与系统有功功率控制。

风电场应能够接收并自动执行电力系统调度机构下达的有功功率及有功功率变化的控制指令，风电场有功功率及有功功率变化应与电力系统调度机构下达的给定值一致。

（二）正常运行情况下有功功率变化

风电场有功功率变化包括1min有功功率变化和10min有功功率变化。在风电场并网以及风速增长过程中，风电场有功功率变化应当满足电力系统安全稳定运行的要求，其限值应根据所接入电力系统的频率调节特性，由电力系统调度机构确定。

风电场有功功率变化限值的推荐值见表4-1，该要求也适用于风电场的正常停机。允许出现因风速降低或风速超出切出风速而引起的风电场有功功率变化超出有功功率变化最大限值的情况。

表4-1 正常运行情况下风电场最大功率变化量推荐值

（三）紧急控制

在电力系统事故或紧急情况下，风电场应根据电力系统调度机构的指令快速控制其输出的有功功率，必要时可通过安全自动装置快速自动降低风电场有功功率或切除风电场；此时风电场有功功率变化可超出电力系统调度机构规定的有功功率变化最大限值。(www.xing528.com)

1）电力系统事故或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电设备过载，确保电力系统稳定运行。

2）当电力系统频率高于50.2Hz时，按照电力系统调度机构指令降低风电场有功功率，严重情况下切除整个风电场。

3）在电力系统事故或紧急情况下，若风电场的运行危及电力系统安全稳定，电力系统调度机构应按规定暂时将风电场切除。

事故处理完毕，电力系统恢复正常运行状态后，风电场应按调度指令并网运行。

在《国家电网公司风电场接入电网技术规定实施细则（2009）》中，对于风电场有功功率控制模式和试验有以下具体规定。

（一）控制模式

风电场有功控制系统应具备必需的调整模式，包括但不仅限于：限值模式、调整模式、斜率控制模式、差值模式和调频模式，如图4-24所示。

图4-24 风电场控制模式

1）限值模式：此模式投入时，风电场有功控制系统应将全场输出功率控制在预先设定的或调度机构下发的限值之下，限值可分时间段给出。

2）调整模式：此模式投入时，风电场有功控制系统应立即将全场输出功率按给定的斜率调整至给定值（若给定值大于最大可发功率，则调整至最大可发功率），当命令解除时，有功控制系统按给定的斜率恢复至最大可发功率。

3）斜率控制模式：此模式投入时，风电场有功控制系统应将功率上升（或下降）斜率控制在给定值之内，风速变化引起的风电场切入、切出及故障等非可控情况除外。

4）差值模式：此模式投入时，风电场有功控制系统应以低于预测最大可发功率P的输出功率运行，差值ΔP为预先设定值或调度机构下发值。

5）调频模式：此模式投入时，风电场在差值模式的基础上，根据系统频率或调度机构下发的调频指令调整全场输出功率。

6）模式的投入：风电场有功控制系统的模式选择，即可现场设置，亦可调度机构远端投入，各种模式即可单独投入，亦可组合投入。模式投入、退出以调度机构下发的自动化信号及调度指令为准，调度规程规定的可不待调令执行的除外。

（二）试验

风电场投运前，应完成有功控制系统控制指令核对工作，并完成有功控制系统开环试验。当接入同一并网点的风电场装机容量超过40MW时，需向调度机构提交场内测试报告（包括有功控制系统性能指标），调度机构审核后风电场应申请有功控制系统闭环试验，并协同调度机构完成闭环试验；当累计新增装机容量超过40MW时，则需要重新提交正式检测报告并试验。

风电场全场的调节精度，暂定为不大于1MW和增减负载的5%两者的最大值。