随着我国对水电能源的深入开发以及风电变速恒频技术的不断成熟,近年来变速水力发电技术成为了新的研究方向。改变水电机组转速能够使其在较宽的工况范围内维持高效率运行,但由于变速水电机组采用变流器与电网进行功率交换,机组转速与电网频率解耦,导致其无法像常规同步并网机组一样通过改变机组转速来释放转子动能来响应电网的频率变化,对电力系统的频率稳定性造成不利的影响,因而当电网频率变化时,将变速水电机组的惯性能量转换为相应功率输出,起到对电网频率的支撑作用。为充分利用变速水电机组转速可调节特性,本文提出采取微分延迟惯性控制策略,对变速水电机组一次调频控制性能进行研究。论文首先介绍了变速水电机组发展现状、以及在电网一次调频过程中的控制策略及其造成的影响。选取常见的混流式水电机组作为研究对象,分析了变速水电机组工作原理,建立了变速水电机组控制系统的数学模型,包括水轮机、发电机、调速器、变流器、力矩调节器等环节;其次,在电网一次调频过程分析基础上,对各种变速机组一次调频控制策略分析,给出惯性控制实现的原理及过程,将频率的单一微分控制策略改进为微分加延迟控制策略,这样既可以改变频率微分强度又可以调整其存在的时间长短;然后,建立同步水电机组的单机运行工况、并网运行工况下的仿真模型,分析了水流惯性时间常数Tw、机组惯性时间常数Ta对同步机组频率及功率动态响应过程所产生的影响;最后,搭建变速水电机组仿真模型,对微分强度KD、延迟时间TD进行对比分析,并采用小电网模拟方法对KD、TD参数和电网中变速水电机组容量占比系数k参数优化,提高了电网一次调频的惯性响应效果。通过对同步水电机组与变速水电机组一次调频分析及仿真研究,本文提出的用于变速水电机组一次调频微分延迟惯性控制策略,能够很好地在提高电网一次调频的惯性响应的同时,保证了变速机组转速调节过程平稳性,改善了变速机组运行工况及实际应用价值。