问题描述

可变速抽水蓄能机组，可以实现变速恒频运行，实现机电系统的柔性连接，使水泵水轮机在变化的水头下达到最优运行，通过一定的矢量控制技术，可以实现电力系统的有功功率和无功功率独立调节，并具有快速的系统相应，同时还可以扩大发电和抽水两种工况下的功率调节范围。可更好解决新能源发电并网带来的频率不稳定问题，解决定速机组无法调节输入功率的问题，还可通过自动频率控制来提高电网供电质量，实现有功功率的快速调节，同时提高电网频率的调节精度，从而提高电力系统稳定性。

目前，可变速抽水蓄能机组采用双馈电机的结构，对于大容量可变速抽水蓄能机组的设计，由于转子表面的高线速度，在转子铁心的结构、端部绕组的动态可靠设计、以及转子多相绕组的动态防护，转子多相绕组的主保护设计等方面都存在严峻的考验。国内目前可变速抽水蓄能发电电动机的产品尚处于空白，国外日本单机容量已经做到了420 MVA（定子机端475MVA）。

问题背景

随着国家“碳达峰”、“碳中和”目标的设立，国家十四五规划明确提出加大清洁能源的开发力度，风能发电、光伏发电、生物能发电、潮汐发电等新能源将会大量应用，尤其是风电和光伏发电。但风电、光伏等新能源发电受自然条件影响较大而存在不确定性，当装机占系统一定规模后，将会给电力系统频率管理带巨大的挑战。目前，随着风电、光伏发电等分布式间歇性能源在电网中所占比例的不断增加，以及核电机组的应用，电力系统需要具有应对负荷变化的快速响应能力，以保持电网的稳定性和可靠性。

最新进展（截止问题发布年度）

国内尚无可变速抽水蓄能机组的产品问世。河北丰宁电站二期项目将装设两台套单机容量300MW的变速抽水蓄能机组，全部由国外公司供货，目前产品正在制造当中，尚未投运。

可变速发电电动机机组产品目前国内尚属空白。哈电电机公司在20世纪90年代就已开始了有关变速恒频发电机的理论研究工作，从理论上研究了发电、电动两种工况的功率流程，建立了变速恒频发电机稳态和瞬态电磁场数值分析方法，开发了可变速发电机的设计程序，并进行了试验室模型样机的实验验证。

基于哈电电机公司长期的技术开发和坚实的理论基础，公司以河北丰宁电站变速发电电动机组为研究目标，在大型变速发电电动机的电磁方案、通风系统、结构设计、强度分析、绝缘技术等方面开展研究，并针对丰宁二期变速机组的技术参数开展了前期的模拟设计工作，端部固定方式采用U型螺杆结构，并进行了相应的转子模型验证。

随着持续对变速机组的深入研究，哈电电机公司又以泰安二期可变速抽水蓄能机组为依托目标开展了模拟设计工作。在300MW、428.6r/min的大型变速发电电动机的电磁方案、通风系统、结构设计、强度分析、绝缘技术等方面开展研究，端部固定方式采用护环结构，并与一重集团联合开展了巨型护环的攻关，突破了大型可变速机组关键“卡脖子”技术，获得了护环结构的研究经验。

同时哈电电机公司依托国家重点研发计划课题开发了国内最大的变速发电电动机——10MW变速海水蓄能发电电动机样机，并与国内一流的变流器制造公司（南京南瑞公司、深圳禾望公司等）合作，开展了变速发电电动机——变频系统的联合实验研究。

目前哈电电机公司与南方电网公司合作，开展了深入的产品研究工作，分别对肇庆、惠州中洞抽水蓄能电站进行了初步参数选型，开展了变速发电电动机组各专项技术研究论证工作，提出了合理可行的技术方向，明确了后续科研的重点任务，为后续工程的顺利实施提供了一定的技术指导。

重要意义

可变速抽水蓄能机组不仅可提高电力系统稳定性，提高发电效率，而且可以参与“水风光储”一体化多能互补，推进煤电、新能源电站一体化建设。通过变速恒频技术，使机组水泵水轮机运行在最佳工况点，机组整体效率大幅度提高。同时也可拓宽水泵水轮机的运行范围，即使在较低负荷时也不发生有害的振动，由此使其气蚀和泥沙磨损状况也大为好转，可大大延长水泵水轮机的寿命，具有广泛的应用前景。

基于我国能源发展战略及电网发展战略中对灵活调节电源的强烈需求，有必要快速突破卡脖子关键技术，推动可变速抽水蓄能机组国产化和示范推广引用，降低可变速抽水蓄能机组造价。可变速抽水蓄能产品的工程应用，可以带动相关产业升级，提高我国水电工程技术整体水平，优化国家能源结构，并实现能源绿色、安全、高质量发展。