目前,风电建设已经进入大规模风电场发展阶段,其在电网中所占的比例不断增大。大规模并网风电场有功功率输出的随机性和波动性,给电网有功功率的平衡带来挑战,严重影响电网的安全可靠运行。电网从安全运行的角度,要求风电场配置有功功率控制系统,具备有功功率输出控制能力。风电场有功功率控制系统一般采用由机组本地控制层和场级集中控制层组成的分层控制结构,其机组级的有功功率控制、风电场级有功功率分配和有功功率输出控制,是使风电场有功功率输出满足电网调度要求的关键。随着电网对风电场有功功率输出和系统稳定运行要求的不断提高,近年来,发展和完善风电场有功功率控制系统中的控制方法和分配策略已经成为风力发电控制技术研究的重点。风电场有功功率控制系统在运行中,受风电机组本身的非线性、强耦合性和不确定性以及风电场环境中风速干扰等因素的影响,这些严重限制了风电场有功功率输出控制能力。因此,本文对在上述不确定性条件下的风电场有功功率控制方法进行了深入的研究。主要研究成果和创新点如下：1.针对有效风速测量不准确引起的机组最大功率跟踪误差问题,研究了一种基于高增益观测器的风电机组最大功率跟踪控制方法。首先设计高增益观测器在线估计气动力矩,并采用Newton-Raphson算法计算当前风速的估计值,从而获取最优转速。然后对引入高增益观测器的系统,设计基于反演控制方法的转速控制器,通过直接控制发电机电压实现最优转速和最大功率的跟踪。利用Lyapunov理论证明了该控制系统是一致终结有界,且观测误差和跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内。仿真实验结果表明,该方法无需风速测量,使风电机组能够对其最大可发功率进行有效跟踪。2.针对有功功率参考值跃变和风速干扰下的机组恒功率输出控制问题,研究了一种基于非线性跟踪微分器的有功功率跟踪控制方法。首先,通过非线性跟踪微分器平滑场级集中控制层设定的有功功率参考信号,减少其跃变对系统动静态特性和稳定性的影响。然后设计基于动态面的自适应转速控制器,采用自适应控制方法在线补偿风速干扰引起的系统参数不确定性,并根据Lyapunov稳定性理论推导出动态面控制的控制律和不确定参数的调节律。仿真实验结果表明,该方法使风电机组在风速干扰下能够有效地跟踪具有跃变特性的有功功率参考信号。3.针对风电场有功功率分配中的机组最大可发功率估计问题,提出了一种基于改进灰色模型的超短期有功功率预测方法。首先,通过缓冲算子对风速异常数据进行弱化处理,利用预处理后的风速历史数据,建立超短期风速灰色预测模型,并以添加最新数据和剔除最旧数据方式更新该预测模型。然后,利用超短期风速预测值,根据风电机组的风速功率特性曲线,计算其最大可发功率。实验结果表明,该方法在风电场有功功率分配周期内能够有效地估计机组最大可发功率；基于该方法的分配策略能够减少因机组调节裕量不足所引起的风电场有功功率跟踪误差。4.针对在外部干扰及系统不确定性下的风电场有功功率输出控制问题,提出了一种基于滑模变结构的风电场有功功率控制算法。首先,根据机组的有功功率输出动态特性对风电场内所有运行机组进行等效化简,建立整个风电场的动态模型。然后,以风电场有功功率输出跟踪误差为参量构造滑模面,根据所建立的风电场模型,采用指数趋近律方法,设计风电场级控制器的变结构控制律,以实现风电场输出在外部干扰及系统不确定下对其参考值的精确跟踪。根据Lyapunov稳定性理论,证明了该算法能够使风电场有功功率输出跟踪误差在有限时间内快速地到达滑模面,并沿滑模面渐近收敛到零。实验结果表明,该控制器具有良好的动静态性能及鲁棒性。