新型电力系统下的变速抽水蓄能机组关键技术

随着风、光等新能源发电的迅猛发展和源-网-荷核心设备的“电力电子化”变革，电力系统正形成“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”发展趋势。在新型电力系统中，抽水蓄能机组承担着保障大电网安全和促进新能源消纳的重要使命，在电网安全稳定运行中发挥着重要作用。由于兼顾水轮机工况和水泵工况的最优效率，且在水泵工况下能够灵活调节吸收的有功功率，已在国外广泛应用的变速抽水蓄能机组在国内抽水蓄能电站的建设中备受关注，丰宁抽水蓄能二期工程准备投产两台300MW可调速交流励磁发电电动机。

为了及时总结研究成果，促进行业技术进步，并为后续变速抽水蓄能电站的建设提供借鉴，《水电与抽水蓄能》编辑部适时与我们一起策划了本专题，希望通过专题讨论，吸引更多的水电工作者参与和关心变速抽水蓄能机组关键技术的研究与应用，推动我国抽水蓄能电站的发展进步。

本期专题组织了5篇文章，其中：

（1）姜树德、梁国才和王纯指出采用双馈电机的抽水蓄能机组，由于转子（也为三相绕组）为交流励磁，机组转速可在一定范围内调节，从而解决了定速抽水蓄能机组固有的缺点；电压源型变流器不仅是双馈机组的励磁电源，还可以用作变速机组在水泵工况启动时的电源；由于双馈电机的电磁构成和运行机制与同步电机有很大差异，所以不可套用同步电机的短路电流计算方法来计算变速抽水蓄能机组的短路电流。

（2）桂林和王祥珩等归纳总结了变速抽水蓄能机组定子绕组/转子绕组内部故障分析计算的方法以及主保护设计的特点——交流励磁发电电动机多回路数学模型是交流电机多回路理论的拓展，其正确性已得到实验样机的验证；基于常规水电机组和定速发电电动机主保护设计经验，通过典型故障特征的分析来简化丰宁抽水蓄能二期变速机组定子绕组主保护设计；变速抽水蓄能机组故障率高的转子绕组主保护设计应采取新的研究思路。

（3）牛化敏和陈俊等将多回路分析法应用于交流励磁电机并编写程序以进行暂态故障仿真；然后在特制的12kW交流励磁样机上进行了不同工况下、转子绕组内部不同短路类型的故障实验，验证了仿真计算的正确性；发现交流励磁发电电动机转子绕组内部短路时产生的分数次谐波磁场会在定子绕组同相分支间产生环流，为变速抽水蓄能机组故障率高的转子绕组主保护设计提供了新思路。

响水涧抽水蓄能电站上、下水库航拍（魏盛夏子 供稿）

（4）骆林针对变速抽水蓄能机组的设计特点，在变速方式、变频器容量、谐波、转子绕组端部固定、交流集电系统等方面展开讨论，指出采用交流励磁的发电电动机，转子结构形式和集电系统是设计过程中应考虑的重点问题，除此之外，其余定速发电电动机的设计技术都可直接用于交流励磁变速发电电动机的设计。

（5）贺儒飞基于定速和变速抽水蓄能机组的电气特征和水力特性，对各自的运行范围及限制条件进行分析计算，提出功率圆作图方法，并通过Mathematica软件对两者的功率特性进行对比，发现变速抽水蓄能机组具有明显的运行性能优势，可为新型电力系统提供更好的功率支撑。

最后，衷心感谢各位专家学者的大力支持，感谢《水电与抽水蓄能》编辑部对本期专题策划做出的大量细致而专业的工作。

特约栏目主编

姜树德 桂 林