考虑调速器与励磁调节特性的小水电孤岛电网电压与频率特性分析

doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2026.05.003

湖南电力 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (5): 16-23.doi: 10.3969/j.issn.1008-0198.2026.05.003

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考虑调速器与励磁调节特性的小水电孤岛电网电压与频率特性分析

谭力铭¹, 欧阳帆¹, 李振文², 刘永刚², 肖繁³, 欧阳宗帅¹

1.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院,湖南长沙 410208;
2.国网湖南省电力有限公司,湖南长沙 410004;
3.武汉理工大学,湖北武汉 430070

收稿日期:2026-06-23 修回日期:2026-07-19 发布日期:2026-11-06
通信作者: 谭力铭（1998）,硕士研究生,助理工程师,研究方向为电力系统继电保护。
基金资助:
国网湖南省电力有限公司科技项目（重大专项）（5216A525000C）

Analysis of Voltage and Frequency Characteristics of Small Hydropower Islanded Grid Considering Governor and Excitation Regulation Characteristics

TAN Liming¹, OUYANG Fan¹, LI Zhenwen², LIU Yonggang², XIAO Fan³, OUYANG Zongshuai¹

1. State Grid Hunan Electrical Power Company Limited Research Institute, Changsha 410208, China;
2. State Grid Hunan Electrical Power Company Limited, Changsha 410004, China;
3. Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Received:2026-06-23 Revised:2026-07-19 Published:2026-11-06

摘要/Abstract

摘要： 现有研究将小水电孤岛电网电压与频率视为解耦的独立变量分析,往往忽略恒阻抗负荷和同步电抗频率依赖性所导致的电压-频率耦合效应。针对此问题,建立考虑调速器下垂特性和励磁系统饱和约束的电压-频率耦合稳态解析模型,推导孤岛电网电压与频率的联立求解方程组,揭示励磁饱和对稳态运行点的影响机理。搭建含小水电机组的10 kV不接地配电网仿真模型,在50%~150%负荷水平下验证耦合模型的正确性。仿真结果表明：孤岛形成后励磁系统快速响应并可能饱和于顶值,电压-频率耦合效应完全显现,恒阻抗负荷的电压依赖特性无法弥补重载工况下超出机组容量的功率缺额。

关键词: 小水电, 孤岛电网, 电压-频率耦合, 调速器, 励磁调节, 稳态解析模型

Abstract: Existing studies mostly treat voltage and frequency as decoupled independent variables, neglecting the voltage-frequency coupling effect caused by constant-impedance loads and frequency-dependent synchronous reactance. This paper establishes a coupled voltage-frequency steady-state analytical model considering governor droop characteristics and excitation saturation constraints, derives simultaneous voltage-frequency equations for the islanded grid, and reveals the impact mechanism of excitation saturation on steady-state operating points. A simulation model of a 10 kV neutral ungrounded distribution network incorporating small hydroelectric generating units is established, and the correctness of the coupled model has been verified under load levels ranging from 50% to 150%. Simulation results show that the excitation system rapidly saturates at its ceiling after islanding, fully exposing the voltage-frequency coupling effect. The voltage-dependent characteristic of constant-impedance loads cannot compensate for the power deficit exceeding unit capacity under heavy-load operating conditions.

Key words: small hydropower, islanded grid, voltage-frequency coupling, governor, excitation regulation, steady-state analytical model

中图分类号:

TM712

谭力铭, 欧阳帆, 李振文, 刘永刚, 肖繁, 欧阳宗帅. 考虑调速器与励磁调节特性的小水电孤岛电网电压与频率特性分析[J]. 湖南电力, 2026, 46(5): 16-23.

TAN Liming, OUYANG Fan, LI Zhenwen, LIU Yonggang, XIAO Fan, OUYANG Zongshuai. Analysis of Voltage and Frequency Characteristics of Small Hydropower Islanded Grid Considering Governor and Excitation Regulation Characteristics[J]. Hunan Electric Power, 2026, 46(5): 16-23.

参考文献

[1] 高才坤,肖长安. 水电工程地球物理综合探测技术[M]. 北京:中国水利水电出版社,2023.
[2] 周孝信,陈树勇,鲁宗相,等. 能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]. 中国电机工程学报,2018,38(7):1893-1904.
[3] 陈国平,李明节,许涛,等. 关于新能源发展的技术瓶颈研究[J]. 中国电机工程学报,2017,37(1):20-27.
[4] 刘振亚. 全球能源互联网[M]. 北京:中国电力出版社,2015.
[5] 王成山,李鹏. 分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J]. 电力系统自动化,2010,34(2):10-14.
[6] 鲁宗相,王彩霞,闵勇,等. 微电网研究综述[J]. 电力系统自动化,2007,31(19):100-107.
[7] 赵争鸣,雷一,贺凡波,等. 大容量并网光伏电站技术综述[J]. 电力系统自动化,2011,35(12):101-107.
[8] Zhong Q C,Weiss G.Synchronverters:inverters that mimic synchronous generators[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(4):1259-1267.
[9] 吕志鹏,盛万兴,钟庆昌,等. 虚拟同步发电机及其在微电网中的应用[J]. 中国电机工程学报,2014,34(16):2591-2603.
[10] Katiraei F,Iravani M R.Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units[J]. IEEE Transactions on Power Systems,2006,21(4):1821-1831.
[11] 李进. 含小水电微电网储能容量配置与运行优化方法研究[D]. 广州:华南理工大学,2024.
[12] 王自力. 孤岛微电网虚拟同步发电机并联系统频率稳定控制关键技术研究[D]. 长沙:湖南大学,2023.
[13] 李建林,邹菲,游洪灏,等. 融合跟-构网特性的储能系统暂态控制策略研究[J]. 电工技术学报,2026,41(10):3500-3518.
[14] Kundur P.Power system stability and control[M]. New York:McGraw-Hill Inc.,1994.
[15] Working Group on Prime Mover,Energy Supply Models for System Dynamic Performance Studies. Hydraulic turbine and turbine control models for system dynamic studies[J]. IEEE Transactions on Power Systems,1992,7(1):167-179.
[16] IEEE Std 421.5-2016 IEEE Recommended Practiced for Excitation System Models for Power System Stability Studies[S].
[17] 魏加富,刘慧波,刘浩然,等. 基于AHP-CRITIC模糊综合评价的湖南省中小水电调能评估方法[J]. 湖南电力,2025,45(3):42-48.

考虑调速器与励磁调节特性的小水电孤岛电网电压与频率特性分析

Analysis of Voltage and Frequency Characteristics of Small Hydropower Islanded Grid Considering Governor and Excitation Regulation Characteristics

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[1]	张锐, 胡旭光, 杜杭远, 赵建策. 基于多粒度Koopman模态图感知结构的电缆故障诊断方法[J]. 湖南电力, 2026, 46(4): 113-120.
[2]	赵雄光, 奚江惠, 郭秋婷, 凌煦, 余笑东. 基于暂态稳定评估的关键特征选择及可解释性分析方法[J]. 湖南电力, 2026, 46(2): 52-59.
[3]	李圣清, 童开鑫, 曾进辉, 王湘东, 赵梦娣. 基于改进线性自抗扰的光储直流微电网电压协调控制策略[J]. 湖南电力, 2026, 46(2): 84-92.
[4]	梅燕, 袁霞, 陈向宜, 周顺, 唐飞. 含构网型与跟网型新能源的混联系统同步稳定性等值建模及参数分析[J]. 湖南电力, 2026, 46(2): 100-108.
[5]	王辉, 李钊, 陈远俊. 多源自适应换相换流器STATCOM阀组电容电压平衡控制策略[J]. 湖南电力, 2026, 46(1): 8-18.
[6]	李帆, 盛锴, 王志杰. 基于自适应模糊控制的火-储联合调频协调控制方法[J]. 湖南电力, 2026, 46(1): 90-97.
[7]	杨思燃, 杨苓, 李毅博, 许钊洋. 基于深度特征学习与优化回归建模的电力系统惯量估计策略[J]. 湖南电力, 2026, 46(1): 107-113.
[8]	王宣元, 李奇, 王泽森, 刘建涛, 孙知博. 考虑新能源消纳和电压偏差的配电网拓扑结构重构方法研究[J]. 湖南电力, 2025, 45(3): 9-17.
[9]	魏川翔, 杨林. 基于扩展等面积准则和电网脆弱环节识别的电力系统暂态稳定分析[J]. 湖南电力, 2025, 45(3): 54-61.
[10]	张大弛, 杨士伟, 丰顺强, 姚狄, 辛昊阔, 肖白. 基于MTF-PSO-CNN的电能质量扰动分类方法[J]. 湖南电力, 2025, 45(3): 103-111.
[11]	刘红政, 左毅, 王伦, 黄乔宇. 基于光伏逆变器功率控制的配变台区调压策略研究[J]. 湖南电力, 2024, 44(5): 95-101.
[12]	张睿琪, 付乐天, 李梦骄, 褚旭, 余绍帅. 新能源高比例接入下电网无功电压优化控制研究综述[J]. 湖南电力, 2024, 44(2): 19-28.
[13]	李闯, 廖星锐, 余泉泉, 肖云腾. VFTO对电子电压互感器的传导干扰分析及其抑制措施研究[J]. 湖南电力, 2024, 44(2): 50-59.
[14]	肖佩, 朱添益, 刘亚楠, 刘昊然, 刘源. 调相机交流母线电压无功双闭环控制策略及母线电容协调控制研究[J]. 湖南电力, 2024, 44(2): 84-89.
[15]	唐立行, 罗朝旭, 文永兴, 张博. 光伏直流微电网的并离网无缝切换控制策略研究[J]. 湖南电力, 2024, 44(2): 122-128.