新型電力系統下的變速抽水蓄能機組關鍵技術

隨著風、光等新能源發電的迅猛發展和源-網-荷核心設備的“電力電子化”變革，電力系統正形成“高比例可再生能源”和“高比例電力電子設備”的“雙高”發展趨勢。在新型電力系統中，抽水蓄能機組承擔著保障大電網安全和促進新能源消納的重要使命，在電網安全穩定運行中發揮著重要作用。由于兼顧水輪機工況和水泵工況的最優效率，且在水泵工況下能夠靈活調節吸收的有功功率，已在國外廣泛應用的變速抽水蓄能機組在國內抽水蓄能電站的建設中備受關注，豐寧抽水蓄能二期工程準備投產兩臺300MW可調速交流勵磁發電電動機。

為了及時總結研究成果，促進行業技術進步，并為后續變速抽水蓄能電站的建設提供借鑒，《水電與抽水蓄能》編輯部適時與我們一起策劃了本專題，希望通過專題討論，吸引更多的水電工作者參與和關心變速抽水蓄能機組關鍵技術的研究與應用，推動我國抽水蓄能電站的發展進步。

本期專題組織了5篇文章，其中：

（1）姜樹德、梁國才和王純指出采用雙饋電機的抽水蓄能機組，由于轉子（也為三相繞組）為交流勵磁，機組轉速可在一定范圍內調節，從而解決了定速抽水蓄能機組固有的缺點；電壓源型變流器不僅是雙饋機組的勵磁電源，還可以用作變速機組在水泵工況啟動時的電源；由于雙饋電機的電磁構成和運行機制與同步電機有很大差異，所以不可套用同步電機的短路電流計算方法來計算變速抽水蓄能機組的短路電流。

（2）桂林和王祥珩等歸納總結了變速抽水蓄能機組定子繞組/轉子繞組內部故障分析計算的方法以及主保護設計的特點——交流勵磁發電電動機多回路數學模型是交流電機多回路理論的拓展，其正確性已得到實驗樣機的驗證；基于常規水電機組和定速發電電動機主保護設計經驗，通過典型故障特征的分析來簡化豐寧抽水蓄能二期變速機組定子繞組主保護設計；變速抽水蓄能機組故障率高的轉子繞組主保護設計應采取新的研究思路。

（3）牛化敏和陳俊等將多回路分析法應用于交流勵磁電機并編寫程序以進行暫態故障仿真；然后在特制的12kW交流勵磁樣機上進行了不同工況下、轉子繞組內部不同短路類型的故障實驗，驗證了仿真計算的正確性；發現交流勵磁發電電動機轉子繞組內部短路時產生的分數次諧波磁場會在定子繞組同相分支間產生環流，為變速抽水蓄能機組故障率高的轉子繞組主保護設計提供了新思路。

響水澗抽水蓄能電站上、下水庫航拍（魏盛夏子 供稿）

（4）駱林針對變速抽水蓄能機組的設計特點，在變速方式、變頻器容量、諧波、轉子繞組端部固定、交流集電系統等方面展開討論，指出采用交流勵磁的發電電動機，轉子結構形式和集電系統是設計過程中應考慮的重點問題，除此之外，其余定速發電電動機的設計技術都可直接用于交流勵磁變速發電電動機的設計。

（5）賀儒飛基于定速和變速抽水蓄能機組的電氣特征和水力特性，對各自的運行范圍及限制條件進行分析計算，提出功率圓作圖方法，并通過Mathematica軟件對兩者的功率特性進行對比，發現變速抽水蓄能機組具有明顯的運行性能優勢，可為新型電力系統提供更好的功率支撐。

最后，衷心感謝各位專家學者的大力支持，感謝《水電與抽水蓄能》編輯部對本期專題策劃做出的大量細致而專業的工作。

特約欄目主編

姜樹德 桂 林