浅谈孤网运行稳定控制策略

张建斐

（鞍山华泰环能工程技术有限公司，鞍山，114000）

摘要：本文旨在探讨孤网运行中的稳定控制策略，首先介绍了孤网运行的特点和存在的问题。然后详细讨论了四种孤网运行稳定控制策略，包括基于容量控制的策略（有功容量控制和无功容量控制）、基于电压控制的策略（电压幅值控制和电压相位控制）、基于频率控制的策略（发电机速度控制和负荷控制）以及基于机电耦合控制的策略（发电机励磁控制和负荷调节控制）。最后，指出需要通过仿真实验来验证不同控制策略的有效性。本文对孤网运行稳定控制策略的研究具有重要的参考价值。  

A brief discussion on stable control strategies for microgrid islanding operation

ZHANG jian-fei

(Anshan Huatai Environmental Energy Engineering Technology Co., Ltd., Anshan, 114000.)

Abstract:: This article aims to explore the stable control strategies for isolated network operation. Firstly, the characteristics and existing problems of isolated network operation are introduced. Then, four stable control strategies for isolated network operation are discussed in detail, including capacity-based strategies (active and reactive capacity control), voltage-based strategies (voltage amplitude control and voltage phase control), frequency-based strategies (generator speed control and load control), and electromechanical coupling-based strategies (generator excitation control and load regulation control). Finally, it is pointed out that simulation experiments are needed to verify the effectiveness of different control strategies. This paper has important reference value for the research of stable control strategies for isolated network operation.

1 引言

随着电网规模的不断扩大和电力系统的复杂化，孤网运行（Islanding）在电力系统中越来越常见。孤网运行是指电力系统中的某一部分区域在外部电网故障断开的情况下，仍然能够自主运行的状态。孤网运行对电力系统的稳定性和安全性带来了极大的挑战，因此孤网运行稳定控制策略的研究变得尤为重要。

目前，国内外学者对孤网运行稳定控制策略进行了大量的研究。国外研究主要集中在孤网检测和隔离方面，而国内研究则更加注重于孤网运行的稳定控制策略。在国内，针对孤网运行稳定控制策略的研究已经取得了一定的进展，但还存在一些亟待解决的问题。

本文旨在对孤网运行稳定控制策略进行初步的探讨，列举出不同的控制策略，并指出需要利用仿真实验验证其有效性。通过本文的研究，可以全面了解目前电力系统中孤网运行能够采用的稳定控制策略，为今后不断提高电力系统的稳定性和安全性的策略研究提供参考方向。

2 孤网运行的特点和存在问题

2.1 孤网运行的特点

1）负荷均衡问题：由于孤网运行后，整个电力系统的负荷均衡可能会被破坏，导致电网发生过电压、欠电压等问题。

2）非线性负载问题：孤网运行后，非线性负载的存在可能会对系统的稳定性产生影响。

3）电源容量不足问题：由于孤网运行后，电源容量会受到限制，电力系统的供电能力可能会下降。

2.2 孤网运行存在的问题

1）在一定程度上，无法保障电网的稳定性和安全性。

2）电力系统中的电源保护装置失效，可能会导致电源的损坏。

3）孤网运行后，电力系统的供电能力可能会下降。

3 孤网运行稳定控制策略

3.1 基于容量控制的策略

基于容量控制的策略可以通过控制有功和无功功率的流动，维持微电网的电压和频率稳定。具体来说，这种控制策略主要包括两个方面：有功容量控制和无功容量控制。需要注意的是，在实际应用中，基于容量控制的策略通常需要与其他控制策略相结合，以实现对微电网运行状态的稳定控制。

1）有功容量控制

有功容量控制策略旨在通过调整孤网中的发电机有功输出来维持稳定的电压和频率。一般来说，这种策略可以通过减少发电机有功输出来控制孤网中的电压和频率，以及通过增加发电机有功输出来提高孤网的电压和频率。

2）无功容量控制

无功容量控制策略旨在通过调整孤网中的发电机无功输出来维持稳定的电压。一般来说，这种策略可以通过减少发电机无功输出来控制孤网中的电压，以及通过增加发电机无功输出来提高孤网的电压。

3.2 基于电压控制的策略

在微电网孤岛运行的过程中，由于与主电网的隔离，微电网中的负载需求只能通过微电网内的发电机来满足。因此，发电机的输出功率需要满足负载需求。而发电机的输出功率受到微电网中电压和频率的影响。在基于电压控制的策略中，主要有两种控制方法：电压幅值控制和电压相位控制。需要注意的是，电压幅值和相位控制通常是同时使用的，以实现对微电网电压的综合控制，保证微电网孤岛运行的稳定性。

1）电压幅值控制

电压幅值控制策略主要是通过控制发电机的励磁电流或无功功率输出，使得输出电压保持在额定电压值的范围内。例如，当孤岛电网的负荷增加时，发电机输出电压会下降，为了使电压恢复到额定电压，就需要增加发电机的励磁电流或者无功功率输出。

2）电压相位控制

电压相位控制策略主要是通过控制发电机的励磁电流的相位，来调节输出电压的相位，从而维持电网的电压相位稳定。例如，当孤岛的负荷发生变化时，可能会影响到发电机的输出电压相位，这时可以通过控制励磁电流相位来调整电压相位，使得孤岛电网的电压相位保持稳定。

3.3基于频率控制的策略

    频率控制是孤网稳定控制的重要方法之一，通过发电机与负荷之间的力学耦合作用来实现稳定控制。在孤网运行过程中，电力系统的频率会随着负荷变化而产生波动，因此，通过对发电机的转速控制和负荷控制的结合，可以实现对电网频率的控制和稳定

1）发电机速度控制

为了使电网频率稳定在额定值附近，通常需要采用调速器对发电机的转速进行控制。调速器通常由速度控制环和功率控制环两部分组成电压幅值控制策略主要是通过控制发电机的励磁电流或无功功率输出，使得输出电压保持在额定电压值的范围内。例如，当孤岛的负荷增加时，发电机输出电压会下降，为了使电压恢复到额定电压，就需要增加发电机的励磁电流或者无功功率输出。。在速度控制环中，通过对调速器输出信号进行控制，实现对发电机转速的控制。在功率控制环中，通过对发电机输出有功功率的控制，实现对发电机输出电功率的控制。

2）负荷控制

负荷控制策略旨在通过调整孤网中的负荷来维持稳定的频率。具体来说，当负荷增大时，需要通过降低负荷的方式来避免频率下降过快，而当负荷减小时，则需要通过增加负荷的方式来避免频率上升过快。通过控制负荷的大小，可以实现对电力系统频率的有效控制，保证电力系统的稳定运行。

4 孤网运行稳定控制策略的仿真实验

为验证孤网运行稳定控制策略的有效性，需要建立相应的仿真模型。在仿真模型中，应该包括电力系统中的各个组成部分，例如发电机、变压器、负荷以及控制系统等。同时，应该考虑不同负荷水平下的孤网运行状态，以便测试不同控制策略的稳定性和适应性。

利用所建立的孤网运行稳定控制策略的仿真模型，对不同的控制策略进行仿真实验，获得相应的仿真实验结果。根据仿真实验结果，对不同控制策略的稳定性、可行性和适应性进行评估和分析。同时，还需要对仿真实验结果进行统计和比较，以便得出最佳的孤网运行稳定控制策略。

5 研究局限性和展望

本文所研究的孤网运行稳定控制策略仍存在一些局限性，例如需要考虑更加复杂的系统结构和工况，以便进一步提高孤网运行的稳定性。未来的研究可以结合实际电力系统中的孤网运行问题，采用更加贴合工程实际的控制方案和算法，以进一步优化孤网运行的稳定控制策略。

参考文献

张健铭，毕天姝，刘辉等，孤网运行与频率稳定研究综述[J].电力系统与控制.2011.39(11):149-154

Chen, Y., & Dong, Z. (2020). A Review of Control Strategies for Microgrid Islanding Operation. IEEE Access, 8, 100374-100387.

Han, Y., Liao, Y., Wu, C., & Zhang, H. (2020). Stability Analysis and Control for Inverter-Based Microgrid Islanding. IEEE Transactions on Power Electronics, 35(7), 7131-7146.

Li, H., & Zhu, M. (2021). A Hybrid Control Strategy for Microgrid Islanding Operation Based on Active Disturbance.