摘要
抽水蓄能发电机组在我国电力系统发挥着至关重要的作用，承担了调峰填谷、储能调相和事故备用等电力生产任务，其能否安全稳定运行决定了电力系统自身供需关系的平衡以及发电质量的好坏。同时，随着更多“一管多机”布置形式的抽水蓄能机组开始建设，机组之间由于具有水力联系而彼此干扰，受到扰动后的机组水力、机械、电气特性发生变化。因此，非常有必要针对“一管多机”布置形式的抽水蓄能机组开展研究，深入分析机组在过渡过程中的暂态特性，进一步优化控制参数及运行策略，为提高机组运行稳定性和改善发电质量提供理论依据和技术支撑。 为此，本文依托江西洪屏抽水蓄能电站运行数据，搭建大型抽水蓄能发电机组在并入无穷大电网下的精细化数值仿真模型，选取电站运行过程中出现较为频繁的水力干扰工况，以及对电站运行威胁较大的相继甩负荷工况，围绕电站结构—初始工况—控制参数，探究复杂引水系统布置条件下一管三机抽水蓄能机组暂态响应特性，并尝试对机组控制参数进行优化，总结整个研究过程，具体研究内容和结论包括以下三个方面: （1）建立抽水蓄能机组非线性水机电耦合模型。选取一管三机布置方式的抽水蓄能水力发电系统为研究对象，引入改进Suter变换方法对全特性曲线进行处理，建立机组全特性曲线模型；基于特征线法，考虑上下游水库、汇合分叉管、调压室等边界条件，并考虑发电机、调速器中的非线性模型，最终建成一管多机抽水蓄能非线性水机电耦合模型。依托江西洪屏抽水蓄能电站甩负荷试验及水电站调节保证计算标准，将仿真结果与试验结果进行对比，验证了仿真模型的正确性和合理性。 （2）水力干扰工况下抽水蓄能机组运行动态特性研究及参数优化。针对一管多机布置形式的机组，选取在抽水蓄能电站运行过程中由于启停频繁所引起的水力干扰工况，定量分析了不同“电站结构—初始工况—控制参数”对水力干扰工况暂态特性影响，并对不同调压室尺寸、初始水头、初始出力、导叶关闭规律以及积分增益和比例增益等指标进行贡献度分析；引入NSGA-III遗传算法对控制参数进行优化，经过优化后的控制策略可以有效协调扰动机组运行安全与受扰机组发电质量之间的矛盾。 （3）相继甩负荷工况下抽水蓄能机组运行动态特性分析。对于一管多机布置形式的抽水蓄能机组，相继甩负荷可能会导致尾水管急剧下降，严重威胁水电站的安全稳定运行。针对相继甩负荷工况，基于三台甩负荷机组间相互影响的作用机理，重点研究不同电站结构以及甩负荷动作策略对尾水管真空度的影响。结果表明：叉管形式3下后甩机组的尾水管真空度达到32.2m，气垫式调压室可以有效改善相继甩负荷过渡过程；间隔时间、甩负荷先后方案以及导叶关闭规律都会对相继甩负荷过渡过程产生影响，为改善极端工况造成的尾水管真空度提供理论依据。
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