摘要：本文在对已有AGC控制策略研究的基础上，提出一种根据风机有功可调裕度进行有功等比例分配的有功控制分配策略，保证有功可调节量越大的风机，分配的有功调节量绝对值越大，能够有效地保证了风机“各尽所能”；并通过在实际风场运行可知，该控制策略可保证风场实时有功功率可根据风场有功设定值及时进行调整，并且能保持跟踪有功设定值，在保证响应调度指令的前提下提升发电量。
关键词：风电机组；有功控制策略；可升功率；需升功率；软件系统
前言
随着我国风力发电并网容量快速增加，许多大中型风电场的相继建成并投入运行，风电在电网中的比重越来越大，将成为未来电力系统的重要组成部分[1]。同时，受制于风资源的间歇性和不稳定性，风力发电输出功率存在随机性和波动性，发电稳定性差的特点，大规模风电接入电网，必定会给电网的安全性和稳定性带来巨大的挑战[2]。短时间内想要改变我国电网建设滞后于风电发展这一现状比较困难，我们可以通过采用合理的调度策略，综合风电场功率预测信息及调度部门的调度指令，将发电指标合理的分配给风电场的风电机组，提高风场接入电网处电网输出的稳定性，对于增大电网对于风电的接纳度减小弃风现象具有现实的意义，这就要求我们对整个风场的功率进行控制和优化调度[3]。
在当前电网限制风场发电功率的情形下，就需要将风电机组的控制模式由“适应风速”向“适应电网”转变，即在整个风速运行范围内具备功率限发控制的能力。
一、AGC现状
文献[4]采用将调度部门给风场的有功指令均衡的分配给风场中的各个风电机组。这种分配方式算法简单操作方便，适合于风电全额上网阶段，但对于风电容量日益增加的今天，这种分配方式会表现出很多的弊端。文献[5]以包含6台1.5MW双馈风电机组的风场为研究对象，分配功率按照风电机组的额定容量，按照额定容量大的风电机组分配有功多的原则进行固定比例的分配方式，这样方案于文献[4]相比，考虑了风电机组的容量，但因为它们没有考虑风场内风速分布差异性，这样风速较低处的风电机组不能够满足风场下发的调度指令，并且功率缺额无法由其它尚有发电裕量的风电机组来填补，不能实现调度指标的充分利用。献[6]在文献[5]固定比例分配有功的基础上，将双馈风电机组的额定容量限制考虑在内，按照“有功出力多的风电机组分担无功少”的原则，协调有功无功分配，减小视在功率饱和，并提出了有功无功的修正方案，以消除因风电场自身功率消耗引起的功率跟踪误差。
二、有功控制策略
本文提出一种根据风机有功可调裕度进行有功等比例分配的有功控制分配策略，即计算风场总可调节量与风场有功设定比例系数，各风机按照有功的可调节量乘以该比例系数计算各自有功调节量，有功可调节量越大的风机，分配的有功调节量绝对值越大，能够有效地保证了风机“各尽所能”。
首先，由于风电场中风机存在正常发电、故障、待机、通讯中断等各种状态以及标杆机组、锁定机组等风机配置情况，因此在计算各风机有功可调节量之前，需要对风场所有风机根据当前状态和配置进行分类，以区分可控机组和不可控机组。其中，只有可控机组参与有功控制、计算有功可调节量。
根据风机的状态和配置将风机进行分类。具体分类情况如表1所示。
表1 风机分类情况
其中，标杆机组、锁定机组以及通信中断机组为不可控机组，正常发电机组、限功率发电机组、待机机组、故障机组、限停机组为可控机组。
其次，根据风机分类情况计算各风机有功可调额度，具体计算规则：
1、理论有功功率(P理论)计算
根据标准风功率曲线由实时风速通过线性插值法计算得出风机当前最大出力，即为理论有功功率。
2 有功可调额度(P可调i)计算
以配置的最小可运行功率为机组可控的最小有功功率，以理论有功功率为机组最大出力，计算机组的可上调额度和可下调额度。
（1) 不控机组可调量（包括可上调额度和可下调额度）为0；
（2）正常发电机组可上调额度为0，可下调额度为实际功率-最小有功功率；
（3）限功率发电机组可上调额度为理论功率-实际功率，可下调额度为实际功率-最小有功功率；
（4）若需要启动某台机组时，运行中下发启机指令，认为其当前功率为最小运行功率，可上调调额度为理论功率-最小运行功率；
（5）若需要停止某台机组时，运行中下发停机指令，当前功可率视为0，可下调额度为0。
（6）其他类型（包括待机、故障）机组，可调额度（包括可上调额度和可下调额度）为0。
最后，根据风场总可调额度、有功设定值以及各风机有功可调额度计算各风机有功调节量。
1确定功率调节方向
比较有功设定值和当前功率值，来确定升功率调节或降功率调节。
若总有功设定值高于当前总有功功率，则执行升功率分配算法；若有功设定值值低于当前总有功功率，则执行降功率算法；若二者差值小于控制死区，则不执行任何算法。
下面以升功率调节为例进行算法步骤介绍。
2计算可升功率和需升功率
可升功率ΔPincAva为全场可控机组理论有功之和减去全场可控机组当前有功之和，即
ΔPincAva=∑P理论 -∑Pi
其中P理论为风机理论功率，Pi为风机实时功率。
需升功率ΔPincNeed为有功设定值减去全场可控机组当前有功之和，即
ΔPincNeed= P设定 -∑Pi
其中P设定为全称有功设定值，Pi为风机实时功率。
3、计算各风机有功设定值
(1)可升功率<需升功率
按照规定顺序依次启动限停机组，提高可升功率值，直到可升功率≥需升功率；
(2)可升功率≥需升功率
计算二者比例系数，即
Rna=ΔPincNeed/ΔPincAva
如果所有限停机组都启动可升功率仍小于需升功率，比例系数Rna为1；
计算各风机有功设定值Piset，即
Piset=Pi+Rna×ΔPi= Pi+Rna×（P理论-Pi）
其中P理论为风机理论功率，Pi为风机实时功率。
4、周期执行1、2、3步骤
根据调度要求，场级有功分配控制周期默认设定为60s。
具体升功率分配算法如图1所示。
图1 AGC控制升功率分配算法
另外，若有功设定值值低于当前总有功功率，则执行降功率算法；具体算法分配流程如图2所示。
在降功或者升功率过程中，涉及到限电停机或者限停启机选择策略。为了避免机组的重复启停，尽可能降低机组设备磨损，在降功率工程中，按照当前风速对全场可控风机进行升序排序，风速小的机组优先停机；在升功率过程中，按照当前风速对全场可控风机进行降序排序，风速大的机组优先启机。
三、AGC系统软件介绍
以第二部分介绍有功分配算法为核心开发相应的AGC系统软件，AGC系统的软件体系结构如下图3所示，本文主要设计其中的应用层，即功率管理服务、功率管理监控、数据存储等。
1、功率管理服务
功率管理服务主要由接口层、算法层、数据层等三部分组成，接口层建立IEC104/Modbus TCP Slave,完成与AGC/AVC调度平台、功率管理监控的交互，监听远方或就地的集群信息请求指令，并反馈集群信息；算法层主要完成场
级数据的计算和存储、模式判断、有功和无功分配等；数据层建立风机数据模型，实现数据采集、指令下发、数据处理等，建立风机集群数据模型，实现集群数据计算和存储功能。
图2 AGC控制降功率分配算法
图3 AGC系统软件体系结构
2、功率管理监控
功率管理监控软件与功率管理服务软件通信，实现用户权限管理、系统配置、功率管理相关数据监控、操作日志记录等功能。
3、AGC系统软件界面
AGC系统软件主界面如图4所示，左侧部分为有功控制部分，左上部分为有功目标值和实际有功曲线；左中部分为当前AGC投入状态以及实际全场有功信息；左下部分为AGC相关操作。
图4 AGC系统软件主界面
四、应用
本文中开发的AGC系统软件在宁夏某风场（该风场额定容量50MW，包含33台1.5WM风机）实际投入运行，运行期间经历各种风况下升功率控制和降功率控制。实际运行情况如图5所示。
图5中红色曲线为有功设定值、黄色曲线为风场实时有功总和。
通过图5可以看出无论升功率过程或者降功率过程，当有功设定值发生变化时，风场总有功功率可及时跟踪上有功设定值；风场实时有功保持跟踪有功设定值并且二者曲线十分接近。
图5a 降功率控制过程
图5b 升功率控制过程
图5c 先降功率后升功率过程
五、总结
本文在对风场风机进行分类的基础上，提出一种基于各风机实际有功调节能力的有功分配策略；同时为减少因有功控制而导致的风机启停次数，提出了一种考虑风机当前风速大小的风机限功率停机/启机方法。通过在实际风场运行可知，该控制策略可保证风场实时有功功率可根据风场有功设定值及时进行调整，并且能保持跟踪有功设定值。
参考文献
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论文作者:魏学云,付洪利,郭春岭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：功率论文; 机组论文; 风机论文; 设定值论文; 额度论文; 风电论文; 分配论文; 《电力设备》2018年第19期论文;