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水 利 学 报

２０２３年 １月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 １期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０１ － ０１０５ － １２

定－ 变速抽水蓄能机组调相－ 发电过渡过程动态特性研究

陈帝伊，刘公成，梁 潇，邓宇闻，胡匡清，许贝贝
（西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 ７１２１００）

摘要：可变速抽水蓄能作为一种较新的机组形式，在参与电网调相调频、功率调节等方面相对传统定速机组具有
独特优势。调相－ 发电过程作为抽水蓄能机组应对风光等间歇性可再生能源波动的典型过渡过程，对过流部件压
力波动及机组运行稳定性有显著影响。目前抽水蓄能电站中广泛采用的一管多机布置形式存在水力干扰现象，一
台机组的工况变化会影响其他机组的运行。同时，变速机组的引入会使机组展现出与传统机组不同的水力动态特
性。为深入探究调相－ 发电过渡过程中不同机组布置形式下复杂管道系统的水力动态特性及相关稳定性问题，结
合工程数据，基于特征线法和 Ｓ函数等方法构建三种不同机组组合形式下一管双机抽水蓄能机组模型。针对不同
机组布置形式，分别探究不同动作间隔下机组的蜗壳压力、尾水管压力及调压井流量等水力因素的动态特性及其
对蓄能机组稳定性的影响。定量分析结果表明：在调相 － 发电工况下，工作水头及蜗壳压力先下降后上升，尾水
压力、下游调压井水位及流量呈现正弦式衰减振荡；３种组合形式中定速－ 变速机组组合稳定性效果最佳，变速 －
变速组合的水力波动最大。本研究为定、变速组合的抽水蓄能电站安全稳定运行提供一定的理论依据。
关键词：抽水蓄能电站；可变速机组；过渡过程；稳定性
中图分类号：ＴＶ７３４；ＴＶ７４３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０３２６
１ 研究背景

常见的抽水蓄能电站分为采用同步电机的常规抽水蓄能电站和采用双馈异步交流电机的可变速抽
水蓄能电站。截止目前，我国绝大多数投运的抽水蓄能电站均采用定速机组，对变速抽水蓄能电站的
研究与应用较少 ［１］ 。相较于定速机组，可变速抽水蓄能机组运行稳定性好、效率高，功率调节性能
好 ［２］ ，具有更好的调相调频能力，能够充分发挥对间歇性可再生能源的协调控制功能，有效提高可再
生能源的消纳水平 ［３ － ４］ ，对提升电网电能质量具有重要意义 ［５］ 。
抽水蓄能机组既能运行于水轮机工况又可在水泵工况运行，具有很强的灵活性，可变速机组的工
况相对于常规蓄能机组更为繁多，不同工况之间的转化类型达 ３４种之多 ［６］ ，不同工况之间的转换也
更为复杂。而调相－ 发电过渡过程作为抽水蓄能机组应对风光等间歇性可再生能源波动的典型过程，机
组过流部件压力及系统运行稳定性都会受到影响。因此，从理论层面深入分析调相－ 发电过程中相关水力
动态特性对抽水蓄能机组、电站以及电力系统的稳定安全运行具有重要的学科意义和工程价值。
调相（包括发电调相和抽水调相）工况在工况转换中扮演重要角色，对平衡电网无功与调节电压意
义重大，是一个不可或缺的环节。国内外学者对调相转发电及其他工况转换过程进行 了大 量研究，
Ｚｈａｏ等 ［７］ 分析了常规抽水蓄能机组在发电调相转发电的过程中不同切换时间及两种导叶开启方式（直
线?指数）对机组动态特性的影响。姜海军等 ［８］ 考虑到全特性曲线中不稳定区域的存在可能会导致工况
转换失败，根据机组水力特性对切换过程及控制流程进行优化以尽量避开不稳定运行区。付婧等 ［９］ 针

收稿日期：２０２２ － ０４ － ２７；网络首发日期：２０２３ － ０１ － １８
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０１１６．１６４２．００６．ｈｔｍｌ
基金项目：陕西省科技创新团队（２０２０ＴＤ － ０２５）
作者简介：陈帝伊（１９８２ － ），博士，教授，主要从事水电机组运行稳定性研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｄｉｙｉｃｈｅｎ＠ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
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