本报告围绕面向新能源消纳的抽水蓄能电站灵活调控展开系统研究，聚焦定速与变速机组调控技术，为新型电力系统稳定运行及 “双碳” 目标实现提供关键支撑。
抽水蓄能作为新型电力系统中规模最大的储能 “调节器”，在用电低谷抽水储能、高峰放水发电，对促进新能源消纳、保障电网稳定意义重大，其技术研发已成为全球水电领域前沿，被《科学》杂志报道且纳入欧盟地平线 2020 等国际重大项目。然而，抽水蓄能电站存在双向流动导致的机组与流道复杂特性，叠加转速调节新增自由度后，水 - 机 - 电耦合系统的动态响应机理与调控性能提升成为核心难点，涉及多物理量、多时间尺度的非线性动力学问题。依托武汉大学长期研究积累与独具特色的抽水蓄能实验基地，研究团队针对上述问题开展了系统性攻关。
在定速机组调控方面，面对 “水风光储一体化” 基地建设带来的多能互补需求，以及新能源出力波动、系统惯性下降等挑战，传统调控存在机组频繁调节导致的部件损伤、利用率不足等问题。研究通过分析华北机组运行数据，提出了考虑振动区的调节强度评价指标体系，建立日前调度优化模型，采用混沌粒子群优化算法提升新能源消纳率。同时，构建双层优化调度模型与调度 - 控制多尺度协同方法，使机组可靠性指标提升 9.91%；探索 “水 + 储” 联合调节模式，显著提升系统稳定性与响应速率，相关技术已应用于国网华北分部、三峡集团等合作项目，获国际水电协会认可。
变速机组调控方面，其通过双馈感应电机交流励磁或同步电机全功率变频技术，实现连续变速运行，兼具百兆瓦级功率与毫秒级调节能力，优势显著。但我国大型变速机组技术长期被国外垄断，国产化研发迫在眉睫。研究团队建立了涵盖水 - 机 - 电耦合特性的精细化数值仿真模型，误差控制在 3% 以内；搭建国内首台双馈机组全物理模型实证平台，验证了机组在多工况下的灵活性与可靠性。通过揭示多工况动态响应机理与多物理量耦合特性，提出优化控制策略，使压力脉动幅值最大降低 82.1%，平抑风电波动性能优于定速机组一个量级。相关成果已服务于丰宁二期、四川全功率变速示范电站等重大工程，支撑东方电气、哈电等企业的自主研发。
总体而言，研究初步解决了抽水蓄能调控中 “调得好” 与 “调得累” 的权衡问题，明确了定速机组降耗提效与变速机组灵活调控的技术路径。未来将紧扣国家能源规划，构建 “系统 - 电站 - 机组” 多时空尺度耦合研发体系，聚焦大型复杂水电站优化设计、变速蓄能系统调控策略等方向，深化校企合作，助力水力发电系统在 “双碳” 背景下实现角色转型与灵活性提升，为现代能源体系建设提供技术保障。
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