抽水蓄能机组作为电网调峰调频的主力机组之一,在运行过程中将经历各种复杂工况下的过渡过程。目前已建和在建的大容量抽水蓄能主要采用一洞双机的管道布置形式,由此引入的水力耦合与电力耦合交织,带来了大量单管单机抽水蓄能电站中不存在的新问题,小扰动稳定性问题便是其中之一。在系统建模方面,一洞双机式抽水蓄能电站部件模块多,各部件间关系复杂,形成的描述方程阶数高,分析困难;在工作模式方面,两台机可分别采用多种控制模式及参数组合,产生了许多双机同时运行时独有的工况。目前的研究虽已涉及多机并列运行和抽水蓄能机组的稳定性问题,但将一洞双机式抽水蓄能电站整体建模分析的成果较少,在论证方面也仅仅停留在理论分析和数值仿真阶段,几乎没有实测的数据支持。理论的不完善迫使运行策略趋于保守,这大大制约了一洞双机式抽水蓄能电站的高效应用,降低了其带来的经济价值。针对现有研究存在的不足,本文将理论分析、数值仿真与实验数据结合,就一洞双机式抽水蓄能电站小扰动稳定性问题展开如下几部分研究:(1)特征线法仿真程序的编制。以经典的求解一维管道瞬变流问题的特征线法为基础,结合Preissmann四点中心差分隐格式法,将管道系统中的各个管道单元化。逐个分析一洞双机式抽水蓄能电站中涉及的各个部件,建立相应的模型,特别是针对水泵水轮机这一难以建模的对象,采用B样条曲面拟合其特性曲线,得到插值表达式,以便于程序处理。借助拓扑学相关知识,完成电站各部件间拓扑关系和描述方程组的自动建立,实现并行化的解算。编制完成的特征线法仿真程序可以适用于一洞双机式抽水蓄能电站中发生的绝大多数工况,在给定参数后也能为其他理论方法如传递函数法提供对比,提高后者的建模精度和可信度。(2)一洞双机系统小扰动稳定性分析。将抽水蓄能机组各部件传递函数结合,依据阻抗法的相关理论,形成一个总体传递函数方程组,并与真实电站的实测数据及特征线法的计算结果对比,验证其准确性。对不同的工况进一步推导特化的方程,并运用线性控制理论,求出系统在这些工况下关于调速器参数Kp、Ki的根轨迹、增益裕度和相角裕度。根据得到的时域、频域指标,比较不同工作模式、工况下的系统稳定性和调节品质,为电站运行策略的选择提出指导意见。(3)一洞双机系统小扰动模型实验。借助已有的一洞双机式模型抽水蓄能电站实验平台,设计了一台机运行时的系统小扰动稳定域测量实验,并与基于传递函数法的理论得到的稳定域和基于特征线法的时域仿真结果进行了对比。结果对比中良好的一致性证明了理论分析和数值模型的可靠性。此外还设计了双机同时运行的相关实验,定性的证明了基于传递函数法的相关结论,具有一定的参考价值。经数值仿真及实验验证后的一洞双机式抽水蓄能电站总体传递函数模型,可用于对符合条件的已建成或在建中的此类电站的小扰动稳定性及调节品质分析中,并可进一步推广到包含三机或更多机组台数的抽水蓄能电站中,具有较高的适用性。