随着风电、光伏等具有随机性和间歇性的可再生能源大量接入电网,采用具有灵活功率吞吐性的储能系统实现电力系统功率平衡成为电网运行和控制的迫切需要和电网可持续发展的重要因素。现有的储能技术中,可以实现大规模储能的技术主要有抽水蓄能和压缩空气储能两类。抽水蓄能采用高效的水力设备,但依山而建的苛刻条件限制了其发展利用。压缩空气储能技术具有系统容量大、运行成本低、建设选址受限制较小等特点,但传统压缩空气储能电站的效率不高,目前尚未有成熟的应用工程实现。本文结合抽水蓄能和压缩空气储能两种技术提出一种基于压缩空气储能的虚拟抽水蓄能电站,摆脱了抽水蓄能技术对特殊地理条件的依赖,同时可变速抽蓄技术和虚拟水头技术可以实现转速和水头/扬程的双重调节,相较于普通抽水蓄能电站功率调节范围更大,效率更高。为实现电站功率的稳定连续调节和安全高效运行,研究虚拟抽水蓄能电站运行模式和各模块的联合控制方法具有十分重要的意义。本文研究了基于压缩空气储能的虚拟抽水蓄能电站的组成结构、运行过程、关键设备及控制实现方式;根据电站高压水池产生水头和水泵水轮机转速之间的控制关系,定义了电站的三种运行模式,包括水头转速匹配模式、水头优先模式和转速优先模式,通过对电站各模块的联合控制提出了各模式下的运行控制方法;针对电站运行各阶段选择不同的运行模式及控制方法,对发电和电动工况进行数学建模和参数计算,通过Matlab和Mathematica仿真液压势能转换系统的驱动设备调节速度和定水头抽水蓄能系统高压水池产生水头的变化,对不同策略的结果进行对比分析,验证各种控制策略的可行性,并仿真了虚拟抽水蓄能电站在发电和电动工况运行全过程的水头变化,实现虚拟抽水蓄能电站高效稳定运行。