风电光伏为代表的新能源虽然“看天吃饭”，但依然是构建新型电力系统的绝对主力。
而鱼与熊掌不可兼得，要绿电，就必须面对因之带来的电网稳定性挑战。其中，无功功率不平衡导致的电压失稳，已成为威胁电网安全的一大隐患。
电压失稳会导致敏感电力设备异常运行，甚至触发保护装置跳闸。严重时会引发线路过载、设备损坏，进而诱发连锁故障，扩大停电范围，直接威胁电网安全。
如何避免这一问题的发生？调相机，就像电网的“调节阀”，能够灵活调整无功功率，保持电压稳定，确保电力安全输送。
什么是调相机？
有功功率和无功功率是电网运行的两大核心功率，有功功率是“做功的电能”，直接供应用户使用；无功功率是“支撑的电能”，维持设备运行和电压稳定，两者缺一不可。
调相机通过改变励磁系统的工作状态，与电网进行电磁能量交换，实现对无功功率的精准调节。当电网电压偏低时，调相机“出手”提供无功功率；当电压偏高时，则“吸收”无功功率，保持电压在合理范围内，被称为“电网的隐形守护者”。
本质上，调相机是一种专门用来发出或吸收无功功率，以维持电网电压稳定的同步电机。相较于传统无功补偿设备，调相机动态响应快，调节范围广，能够迅速应对电网负载波动，确保电力供应稳定。
风电光伏为代表的新能源装机规模持续增长，调相机的容量也必须同步增长，以缓解新能源大规模接入带来的电网系统安全问题。
压缩空气储能电站变身调相机？
除了建设专用的调相机外，作为一种储能技术，压缩空气储能电站的一个独特优点是可变身为调相机：在不发电的时间段，发电机可转为调相机模式运行，提供无功功率支持，增强电网稳定性。
这是因为压缩空气储能电站的发电机即为同步电机，而调相机本质也是“不带机械负载的同步电机”，两者核心硬件同源，这是一个关键前提。
而要实现这一功能，需要在透平机和发电机之间加入离合器装置：
▌从“发电”到“调相”：当需要从发电状态切换到调相状态时，系统会逐步关闭透平机的进气调节阀，并通过离合器装置使发电机与透平机脱开。透平机缓慢停止，而发电机仍保持并网状态，此时通过调节励磁系统，就能让发电机作为调相机向电网输送或吸收无功功率。
▌从“调相”到“发电”：过程相反。逐渐开启透平机的调节阀，使其转速恢复，然后通过离合器装置将其与发电机重新连接，同步转速后，发电机随即增加有功功率输出，平滑地从调相模式切换回发电模式。
整个过程高度自动化，切换迅速，对电网冲击小，避免了机组频繁启停，提高了功率调节响应速度。
另外，视实际的电机情况，可能还需要加装或优化电机的励磁装置，让其具备“快速调节励磁电流”的能力；同时新增电网电压响应模块，让控制系统能自动判断电压波动趋势。
压缩空气储能电站本身每天有相当长的非发电时段，设备处于闲置。引入调相模式后，发电机在“空闲期”被充分利用，据估算，设备综合利用率可提升30%以上，实现了“一机两用”。
但需要注意的是，压缩空气储能电站若要实现该功能，需在设备采购时就明确提出相关的技术要求。
清华大学电机系教授梅生伟等人曾在《金坛盐穴压缩空气储能电站调相模式设计与分析》一文中给出了几点判断：
1、作为传统调相机的重要补充，压缩空气储能电站调相运行可在基本不影响其调峰能力的前提下大幅提高并网点的电压调节能力和动静态无功备用水平；
2、由于避免了空气透平发电机频繁启停运行过程中的谐振风险，该方案可显著提高透平发电机组的使用寿命、延长大修周期；
3、调相模式的避免了透平发电机组的频繁启停，机组始终保持在线状态，可有效提高其功率调节响应速度。
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