（百色百矿发电有限公司，广西 百色 533615）
摘要：随着现代经济社会的发展，民用电和工业用电逐渐开始采用微电网孤岛运行模式，这种模式也将成为未来电网的重要组成部分。孤岛电网指孤立运行的最大单机容量大于电网总容量8% 的电网，其运行特点与大电网情况存在较大的差异，因此在分析在工业重载负荷情况下，传统的安全稳定控制方法不一定完全适用。本文首先研究了孤岛模式下微电网的控制策略，再以一个带电解铝负荷的系统为例，根据孤网由负荷控制转换为频率控制的特征，重点研究了电解铝孤网系统电压控制和频率控制，将理论与工程中的实际情况相结合，总结了其电压与频率控制的策略。
关键词：孤岛微电网；控制策略：电解铝负荷：电压控制；频率控制
研究背景和意义
随着可持续发展理念的普及，人们的关注点逐渐转移到微电网技术。在微电网处于孤岛运行状态时，每个微电源需要迅速响应用电侧负荷需求，并实时反映微电网的运行情况、自主地实现并离网切换。孤网是由孤立电网的简化名称，它是指的是与大电力网脱离开的小容量电力网，其电力网内发电机的单机容量往往大于电网总容量的8%，当该机组发生甩负荷时，往往影响电网的正常运行。在孤网发生的瞬间，存在不平衡功率，而频率f影响着有功功率，电压v影响着无功功率，当电力过剩时，有功功率过剩将会使发电机的转子加速，系统频率随之升高； 无功功率处于过剩时，系统电压也随之升高。而电网电力不足时情况恰恰相反。因此应从频率稳定和电压稳定两个方面研究孤网的安全运行问题。
1孤岛稳定性控制研究
孤岛独立运行是微电网的重要运行方式。但是基于孤岛结构简单、控制手段少的特点，其控制问题及其突出。尤其是电压和频率的问题，一方面，在快速电压故障中，现有的静态电压控制由于控制周期长的特点，无法迅速的解决快速电压故障。另一方面，由于孤岛的有功备用设备较少，在系统出现故障时，如果没有有效的控制，会出现功率缺额，使系统的频率失去稳定性。本文以同步发电机为主研究了系统的电压控制，再研究了发电机组的一次调频稳定性问题。
1.1孤岛系统电压控制
常规电压控制是指以同步发电机为主的电力系统，发展过程主要包括静态电压控制和动态电压控制两个阶段。
其中静态电压控制以潮流方程为基础，通过调节发电机的机端电压、无功补偿设备的切投、有载调压变压器的变比等手段，提高系统的电压水平。目前具有代表性的是三级电压控制体系，第一次电压控制主要指发电机励磁、ＳＶＣ等手段的自动电压调节过程。二次电压控制是将电网划分成不同的控制区域，并在区域内选择代表该区域特性的主导节点，根据主导节点的电压变化，采取相应的电压控制手段。三次电压控制是通过最优潮流来设定主导节点的参考电压。现有的静态电压控制就是在三级电压控制体系下实现的。动态电压控制分为快速动态电压控制和中长期电压控制。
实际运行中的水轮发电机组通过对发电机本体、调速控制系统以及励磁控制系统的建模，表示发电机在稳定孤岛电压的控制过程[5]。孤岛系统中的发电机组在起动和扰动过程中，将会经历空载、满载、停机等过程，机组的调速控制会在整个过程中将发生变换，从而表现出不同的控制特性。
1.2孤岛系统频率控制
频率问题是孤岛系统的一个重要问题，通过稳定系统的频率在正常范围内，保证各区域的联络线进行正常的功率交换。本文主要使用PSASP仿真程序，研究孤岛系统的频率控制。发电机模型主要选用PSS模型、调速器模型和调压器模型。模型采用低频减载的方法，当系统的发电量不满足用电负荷产生功率缺额引起频率下降时，将系统中的负荷分成若干轮切掉，从而使频率得到回升。带电解铝负荷的孤岛系统控制
2电解铝负荷的特点
电解铝是通过熔盐电解法利用直流电在电解槽内把氧化铝还原为金属铝。电解铝整流设备主要由调压整流变压器、整流装置及配套辅助设备组成。
电解铝的整流装置有晶闸管整流和二极管整流两种。晶闸管整流的调节速度快，当系统内发生扰动时，这类负荷可以快速连续的控制电解铝负荷功率。二极管整流的调节速度较慢，因此在发生扰动时，只能紧急切除机组，从而降低负荷的功率。否则会因为无法抑制故障而使电网迅速崩溃。
电解铝负荷属于电压型负荷，其负荷特性可由公式1表示。
2电解铝负荷的频率控制问题
频率问题也是孤岛系统的重要问题之一。在系统正常运行时，发电机的总有功输出功率接近整个机组的装机容量。在系统中，会有部分机组的容量占总装机容量的大部分，那么在这些机组因故障退出运行时，根据电力系统基本安稳校正“N-1”原则，系统提供的有功功率和符合所需要的有功功率之间就会存在功率缺额，此时为了保证整个系统频率的稳定性，就需要切除部分负荷，使整个系统的频率保持稳定。例如发电机G（有功功率缺额量为221.6MW）退出运行后，采取接触负荷（负荷有功功率为330MW）的方法进行频率控制，在实际的运行中可以发现，由于切除负荷的有功功率大于发电机的有功缺额量，会导致系统的频率大于正常水平，甚至达到了50.7Hz，此时发电机过频保护会选择切掉发电机，从而使系统的频率达到正常水平。
3结论
随着孤岛系统在电网中占比的不断增加，其安全稳定性问题得到了广泛的关注，由于孤岛系统的结构简单，控制系统较少。在系统发生故障时，主要采取电压控制和频率控制来对系统进行调控。电解铝负荷是孤岛中的一种特殊负荷，根据其整流装置的不同，在发生故障使会表现出不同的调节能力。
本文讨论了发电机在孤岛系统稳定性控制方面的研究，进一步以电解铝负荷为例，研究了在系统并入大功率的电解铝负荷和发电机组退出运行后系统的电压和频率变化趋势，为实际的工业运行提供了参考依据。
参考文献
[1]盛德刚,徐运兵,王晓丹,徐大可.孤岛运行模式下的低压微电网控制策略[J].电气技术,2018,19(01):34-39.
[2]吴桐,刘畅,王刚,刘莉.孤网运行安全稳定控制策略研究[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2015,11(01):66-69.
[3]崔挺.带电压型负荷的孤立电力系统电压和频率控制策略研究[D].武汉大学,2015.
[4]祁志远,肖仕武,李飞.电解铝企业孤网运行频率的稳定控制策略研究[J].华北电力大学学报(自然科学版),2016,43(01):27-31+38.
[5]肖湘宁,李伟,罗超,郭琦.特高压直流孤岛运行特性与稳定控制研究综述[J].电工技术学报,2017,32(10):1-11.