随着现代经济社会的发展,孤立电力系统在普通民用电、工业生产以及可再生能源的就地消纳和利用等方面发挥越来越重要的作用,是未来智能电网的重要组成部分。由于孤立电力系统结构简单,控制手段较少,没有大电网的支持,其稳定问题较为突出。因此,研究和设计有效实用的孤立电力系统稳定控制策略,对保证孤立系统稳定可靠经济运行具有重要意义。本文重点研究带电压型负荷的孤立电力系统电压和频率控制策略设计方法。电压型负荷广泛存在于工业和民用负荷中,比如电解铝负荷、电热负荷、照明负荷等。这类负荷的功率特性主要取决于系统电压变化,而与频率变化基本不相关。论文以一个实际带电解铝负荷的孤立电力系统为研究对象,将理论和工程实际相结合,设计其电压和频率控制策略,并通过实际孤立电力系统的仿真分析验证所提控制策略的有效性。所取得的成果对实际孤立电力系统稳定运行具有较好的应用价值和指导意义。本文的主要内容如下：(1)提出一种孤立电力系统动态电压控制方法,设计一种动态电压控制策略,提高孤立电力系统快速故障后的电压水平,改善系统快速动态电压响应特性。首先建立基于广域信息的孤立电力系统等效简化模型。然后,利用Pade近似法补偿广域量测系统(Wide-Area Measurement System, WAMS)的控制时延,提出一种广域动态电压控制模型。之后,将动态电压控制问题转化为线性二次型跟踪控制问题,得到一种简单的动态电压控制策略。最后,通过对WSCC-9节点系统和实际孤立电力系统的仿真分析,验证所提控制策略的有效性。(2)提出一种孤立电力系统静态电压控制方法,设计一种发电机电压控制手段和中长期电压控制手段的协调控制策略,优化系统无功分配,提高系统发电机快速无功调节能力。首先以有功损耗和负荷节点电压偏差最小、增加发电机无功裕度为控制目标建立一种孤立电力系统静态电压控制模型,并将静态电压控制问题表示为一个含连续-离散变量的混合规划问题。然后,提出一种改进小生境遗传算法(Improved Niche Genetic Algorithm, INGA),求取静态电压控制策略。最后利用IEEE-57节点系统验证所提INGA能提高静态电压控制策略求解的准确性和收敛稳定性,并通过实际孤立电力系统的仿真分析验证所提控制策略的有效性。(3)提出一种孤立电力系统电压-频率紧急控制方法,当孤立电力系统没有或者只有较小的有功调节裕度时,设计一种励磁电压控制策略,实现负荷电压和功率控制,保证系统频率恢复到正常水平。首先建立一种孤立电力系统励磁电压-频率控制模型。然后,基于输出调节理论,将所励磁电压-频率控制问题转化为输出调节问题。通过理论分析和对比,得到一种控制结构简单、实用且物理意义明确的励磁电压控制策略。该策略的反馈信号仅包括频率偏差和不平衡功率,其控制结构类似于电力系统的一次和二次调频。同时,考虑系统发电机电压控制量和负荷电压的约束,得到限制系统不平衡功率的2个条件。最后,通过对WSCC-9节点系统和实际孤立电力系统的仿真分析,表明所提控制策略的有效性。(4)提出一种含高渗透率风电的孤立电力系统火电和风电联合频率控制方法,设计一种联合频率控制策略,增强孤立电力系统的快速频率调节能力。双馈风力发电机组(Double Fed Induction Generator, DFIG)通过转子转速控制和桨距角控制实现减载运行,保留一定的备用功率,参与系统快速频率调节。首先,从电力系统的角度建立DFIG的数学模型,进而提出一种孤立电力系统火电和风电的联合频率控制模型。从控制理论的角度出发,利用非线性输出调节方法,设计一种简单系统的火电和风电联合频率控制策略,即DFIG转速和火电机组的联合频率控制策略、DFIG桨距角和火电机组的联合频率控制策略。之后,将简单系统的控制策略推广和应用到复杂多机孤立电力系统。最后,以接入大规模风电后的实际孤立电力系统为研究对象,通过仿真分析验证所提控制策略的有效性。