近年来随着新能源发电技术的日益发展,大规模新能源并网发电促使电网系统对抽水蓄能电站的动态调节能力提出更高的要求。然而,由于常规可逆式抽水蓄能机组运行特点使电站在抽水工况中机组功率基本不能进行调节,这在很大程度上限制了风电等新能源在大规模并网发电后常规可逆式抽水蓄能机组对风电功率波动的调节。三机式抽水蓄能电站利用水轮机、水泵、电动发电机同时运行的三机运行方式具有很多优点。它可以实现抽水蓄能电站抽水工况的有功功率的全功率调节。另外,在水泵停泵和水泵断电的过渡过程中,由于水压、流量、转速的急剧变化会造成引水系统的压力波动,最终危及整个系统的安全。若在水泵停泵或水泵断电过渡过程中采用三机运行方式,可以减缓水力参数和机组参数的急剧变化带来的影响,进而可以改善电站引水发电系统的过渡过程。因此,三机式抽水蓄能电站三机运行方式的研究将丰富三机式抽水蓄能电站运行的理论,促进三机式抽水蓄能电站与风电场联合运行的应用,具有重要的理论研究价值和广阔的工程应用前景。本文在研究三机式抽水蓄能电站引水发电系统各主要组成部分的数学模型基础上,建立了三机式抽水蓄能电站引水发电系统的数值仿真整体模型。并基于该仿真模型,对三机式抽水蓄能电站三机运行方式进行了系统地研究,主要内容包括三大部分。第一部分,根据三机式抽水蓄能电站三机运行方式的特点,将整体系统分成水力系统、机械系统、电气系统三个主要部分进行详细分析和建模,然后利用建模与仿真软件MATLAB/Simulink平台建立了三机式抽水蓄能电站引水发电系统数值仿真整体模型。模型添加了“恒定流赋初值”部分且搭建过程遵循从数学方程到数学模型到通用模块的路线,使得所建立的仿真模型具有可视化可移植可优化的特点,增强了模型灵活性和通用性。最后利用两款实用性软件就模型的发电工况和抽水工况的过渡过程仿真计算进行了对比,验证了论文模型的正确性,为本文的研究提供了可靠的工具。第二部分,针对水泵停泵工况和断电工况的过渡过程中其阀门处压力过大的问题,系统研究了三机式抽水蓄能电站采用三机运行方式改善水泵停泵与断电工况的过渡过程,分析了影响该过渡过程的因素。结果表明:水轮机调速器转速整定值和调速器参数对水泵停泵过渡影响显著;水轮机针阀开启速度、调速器转速整定值、调速器参数对水泵断电过程影响显著。通过优化上述参数改善了三机运行方式水泵停泵和断电的过渡过程。第三部分,采用所建立的三机式抽水蓄能电站引水发电系统数值仿真整体模型,通过数值计算验证了抽水工况水泵机组功率不能调节的不足。系统研究了三机运行方式抽水工况机组功率调节的稳态特性和动态调节特性,并利用电网负荷波动实测数据展示了三机式蓄能电站抽水工况机组功率动态调节过程。研究结果表明:三机式抽水蓄能电站在抽水工况中,机组功率能够实时跟随电网负荷波动,功率的调节时间和波动幅值取决于电网负荷扰动幅值和变化速率,总体上拥有良好的动态调节能力。最后研究了三机运行方式机组发生事故脱网后对三机式抽水蓄能电站的影响,结果表明:三机运行方式抽水工况事故脱网工况不是三机式抽水蓄能电站过渡过程的最不利工况。本文的研究成果充分论证了三机运行方式是三机式抽水蓄能电站的安全运行方式,并进一步论证了三机式抽水蓄能电站三机运行方式的两大优势,分别是利用三机运行方式改善水泵的过渡过程和利用三机运行方式实现抽水工况机组功率的全功率调节。这些研究成果丰富了三机式抽水蓄能电站运行的理论,为三机式抽水蓄能电站与风电场联合运行的应用提供了理论依据,具有重要的理论价值和广阔的工程应用前景。