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交流励磁抽水蓄能机组(AC Excited Pump Storage Unit,ACEPSU)由于采用交流励磁电机(AC Excited Machine,ACEM)作为发电电动机,具有转速可调和功率解耦的能力,将是现代抽水蓄能机组的一种发展趋势。为了更好地发挥ACEPSU在电网调峰调频中的重要作用,论文针对提高ACEPSU快速功率响应能力和参与系统调频能力的问题,开展了相应的建模与控制策略研究,主要研究内容包括:(1)针对可逆水泵水轮机功率调节慢,难以适应抽水蓄能机组在参与电网调频时功率调节快速性需求的问题,提出了一种ACEPSU的快速功率响应控制策略。首先,基于可逆水泵水轮机不同输出特性,分别建立水轮机模式和水泵模式下的负荷优化模型,并提出在发电和电动工况下ACEPSU运行功率能力计算方法。其次,结合ACEPSU发电和电动运行工况,分别提出功率由交流励磁调节,转速或导叶由可逆水泵水轮机控制的机组控制策略。最后,基于Matlab/Simulink平台,对不同运行工况下机组功率响应速率和功率运行能力进行仿真验证。(2)为了提高ACEPSU参与电网频率调节的能力,提出一种带比例-微分(PD)环节的改进虚拟惯性控制策略。首先,推导并给出了ACEPSU虚拟惯量的表达式和等效计算方法,使其具有比固有惯量更大的虚拟惯量。其次,通过引入电网频率变化作为有功增量的附加频率控制环节,提出一种带比例-微分(PD)环节的ACEPSU改进虚拟惯性控制策略,并给出相关控制参数的整定方法。最后,搭建含ACEPSU的3机系统模型,对不同工况下系统的频率响应特性进行仿真对比分析。(3)针对固定下垂系数控制存在调频能力不足的问题,论文在传统惯性控制的基础上,提出一种基于惯性环节的ACEPSU变下垂系数调频控制策略。首先,考虑频率变化率和频率偏差对系统频率调节的影响,引入下垂系数-系统频率变化率(R-df/dt)函数。其次,通过实时检测电网频率变化率以及机组转速,获得随频率变化率动态变化的下垂系数。最后,对提出的变下垂系数控制策略的ACEPSU的频率响应特性进行仿真对比。上述研究成果对提高ACEPSU的功率响应能力及参与电网调频能力具有一定参考价值,为进一步发挥可调速抽水蓄能机组在电网调度中的作用和提高电力系统稳定性奠定了理论基础和技术支撑。