近年来,随着我国风电装机容量的逐步提高,西北、华北、东北等地区的风电“并网难”问题日益突出,风电消纳问题已成为制约我国风电产业发展的瓶颈。而随着西部大开发战略的实施,大量传统产业特别是高耗能产业(如电解铝),从中部地区迁移到能源集中的西部地区,在带动当地经济发展的同时,也极大刺激了这些地区的电力需求。国家近期也密集出台了大量的政策,鼓励通过构建局域电网,实现风电等可再生能源的就地消纳,以解决可再生能源“并网难”的问题。然而出于经济性等方面的考虑,很多含风电的局域电网处于孤网运行状态,并未与大电网相连。由于孤立电网惯量较小,频率控制问题成为其所面临的最主要问题,且随着风电渗透率的提高该问题越来越明显,严重制约了风电等可再生能源的就地消纳。论文针对含高渗透率风电孤立电网的频率控制问题开展了系统深入的研究,提出了一整套电解铝负荷参与高渗透率风电孤立电网的频率控制方法,搭建了硬件在环仿真平台,并结合内蒙古某实际孤立电网进行了实证性研究和工业应用,有效解决了含高渗透率风电孤立电网的频率控制难题。论文的研究成果对孤立电网频率控制和风电就地消纳具有理论和工程应用价值,具体研究成果如下：(1)提出了基于电压调节的电解铝负荷有功功率快速控制方法。建立了电解铝负荷有功-电压外特性模型,采用现场实测数据辨识了模型参数,提出了通过控制直流电压来快速控制电解铝负荷有功功率的方法,能够快速且定量的控制电解铝负荷有功。针对高耗能工业孤立电网在大扰动后存在的紧急控制过切或欠切问题,提出了基于广域信息的不平衡功率快速辨识方法,以辨识得到的不平衡功率作为电解铝负荷的有功控制目标,在系统调频能力不足时快速调节电解铝负荷有功功率,维持孤立电网的功率平衡。(2)提出了基于负荷阻尼控制的孤立电网频率控制方法。研究了电压敏感性负荷的阻尼控制方法,将频率偏差引入发电机励磁附加通道,使诸如电解铝负荷这类有功功率与电压存在强耦合关系的负荷呈现出等效的负荷阻尼特性。该方法能够利用频率偏差连续调整电解铝负荷有功功率,快速响应风电功率波动,解决含高渗透率风电孤立电网中的风电功率波动平抑难题。为了减小暂态过程中的频率超调量,提出了一种基于广域信息的两阶段负荷时变阻尼控制方法,改善了暂态过程中孤立电网的频率响应特性。(3)针对所研究的高耗能负荷参与孤立电网频率控制方法,设计了含高渗透率风电孤立电网的硬件在环仿真平台构架,由RTDS模拟孤立电网的运行状态,将实时控制中的上行、下行关键设备以及WAMS控制主站都闭环到平台中,并基于平台中硬件设备的输入输出关系,阐述了各硬件设备接入仿真平台的方式。基于硬件在环平台测试了WAMS控制的通讯时延,同时测试了RTDS励磁模型对实际励磁动态特性的模拟效果,所测时延数据能够在较大程度上反映实际现场的控制通讯时延。(4)提出了高耗能负荷参与孤立电网频率控制的工业应用方法。设计了基于广域信息的控制系统总体构架,在用于实时动态监测的WAMS上扩展了闭环控制功能。提出了控制设备与受控对象的接口定义方法,使控制执行单元的输出范围能够覆盖其目标调整范围。开展了所研究的控制方法和工业应用方法的实证性研究,将基于所研究控制策略研发的控制系统投入实际孤立电网进行了现场测试,验证了所提出的电解铝有功快速控制方法、孤立电网频率控制方法以及其工业应用方法的有效性。