随着风电并网规模不断扩大,电网对风电场参与调节的要求日益提升。风电机组通过变桨动作跟踪电网调度指令,受风速随机性和机组状态会动态变化等原因的影响,导致叶片缺陷持续累积,久而久之便会造成叶片性能下降,出现疲劳损伤。本文针对风电场参与电网调度时,各机组疲劳损伤导致发电成本较高的问题,以及风电场疲劳优化和有功功率控制协调困难的问题,研究风机叶片疲劳约束下的风电场有功调节优化方法,在保证风电场有功功率快速响应电网波动的前提下,提高风电场各机组疲劳损伤的均匀性,降低风电场机组故障次数和维护量。主要研究内容如下:首先,对叶轮空气动力学模型和风电机组功率输出模型进行了详细阐述,并根据叶素动量理论剖析了理想情况下的风机风能转换过程,将动态涡尾迹模型嵌入到叶素动量理论中求解变桨过程中叶片空气动力性能,并使用基于奇异性理论的数值方法来计算动态变桨过程中叶片非定常载荷,推导叶片载荷随风电机组有功输出变化的规律。其次,研究风电机组叶片非线性疲劳量化方法,通过前后多级载荷应力比的平方来表征变桨动态损伤演化中的各载荷间作用机制,对后一级载荷损伤演化方程进行优化改进,提出基于叶笃毅模型改进的不同工况疲劳量化方法,并通过仿真分析验证了所提方法的准确性有效性。最后,针对现有风电场有功控制策略会引起叶片大幅度频繁动作的问题,本文提出考虑叶片疲劳约束下风电场有功调节优化控制策略,兼顾风电场功率调节效果与各机组运行工况。该方法充分利用各风电机组的调节裕度,优先通过调节疲劳损伤量小的风电机组,从而能够有效降低风机的变桨动作频率与幅度,减轻变桨时叶片疲劳,延长风机运行寿命,最后通过仿真验证了所提优化方法的有效性。