抽水蓄能机组利用电力负荷低谷电能抽水至上水库，储蓄位能，在电力负荷高峰输水发电至下水库。迄今为止，抽水蓄能机组是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装置，是能源生产的重要组成部分。通过配套建设抽水蓄能电站，可提高系统中火电站和核电站运行效率、延长机组寿命、降低维护费用；能有效减少风电场并网运行对电网的冲击，提高风电场和电网运行的协调性；能发挥调频调相、旋转备用、黑启动多重功能，可提高电网供电质量和电网灵活性及可靠性，在特高压、智能电网的发展中起着无可替代的作用。
抽水蓄能电站的出现已有100多年的历史。西方国家抽水蓄能起步早，规模大，装机占比在5%～10%，其中日本早在2006年就超过10%。截至2016年，全球抽水蓄能电站总装机容量约1.4亿kW，日本、美国和欧洲诸国的抽水蓄能电站装机容量占全球的80%以上。我国抽水蓄能电站装机容量2303万kW，占全国电力总装机容量的1.5%，其比重明显偏低。为此，我国制定“十三五”期间抽水蓄能发展目标是：全国新开工抽水蓄能电站6000万kW，2020年抽水蓄能总装机容量达到4000万kW，2025年达到9000万kW，以适应新能源大规模开发及保障电力系统安全运行的重大需求。由此可见，今后我国建设抽水蓄能电站的任务相当繁重，发展潜力巨大。
尽管我国抽水蓄能电站建设起步晚，但后发效应明显，起点较高，其中若干座大型抽水蓄能电站已处于世界先进水平。例如，广州、惠州抽水蓄能电站总装机容量2400MW，为世界上最大的抽水蓄能电站；天荒坪等一批抽水蓄能电站单机容量300MW，额定水头在500m左右，已达到单级可逆式水泵水轮机世界先进水平；西龙池抽水蓄能电站单级可逆式水泵水轮机组最大扬程704m，仅次于日本葛野川和神流川抽水蓄能电站机组。目前正在设计的绩溪、敦煌、阳江抽水蓄能电站，额定水头均超过700m，单机容量分别为350MW和400MW，标志着我国抽水蓄能建设更新发展和抽水蓄能技术全面提升。
抽水蓄能电站在电力系统发挥的作用越巨大，必然使得机组启停、工况转换越频繁，过渡过程引发的安全隐患越多。据国外的统计，抽水蓄能机组过渡工况平均每小时0.22～0.25次；如此繁复的过渡过程，使得抽水蓄能电站输水系统、机组、电气处在急剧变化之中，如果设计缺陷或者控制不当，均有可能引起严重的事故。据不完全统计，我国发生的抽水蓄能电站的事故均与过渡过程有关。这不仅危及电站和机组自身安全，甚至影响电力系统安全。因此，抽水蓄能机组过渡过程成为设计与运行中关键技术问题。该问题主要体现在如下五个方面。
（1）抽水蓄能机组调节保证不同于常规的水轮发电机组，受水泵水轮机全特性的影响，尤其是反S区特性的影响较大，而常规的水轮发电机组调节保证，主要取决于输水管道系统的水流惯量和机组转动惯量。因此，设计阶段套用水头、单机容量、比转速接近水泵水轮机全特性曲线，与机组招标后真机全特性曲线可能存在一定的差异，若两者反S区域差异明显，其调节保证极值将有较大差别，就有可能给机组运行带来安全隐患，也有可能造成工程投资的浪费。
（2）抽水蓄能机组运行稳定性与调节也不同于常规的水轮发电机组。受水泵水轮机全特性的影响，尤其是反S区特性的影响，低水头下抽水蓄能机组空载稳定性一直困扰设计与运行，并且为了满足水轮机工况区运行稳定性及良好的调节品质，也需要划分若干个区间整定调速器参数，但划分的标准缺乏理论依据。
（3）由于水泵水轮机转轮径向流道较长，反S区域不仅对水击压强的作用格外显著，而且导致过渡过程中脉动压强较大，与常规的水轮发电机组有明显的差别。而设计中缺少合适的方法计人脉动压强，仅按经验取值，并且导叶关闭规律选取也缺乏理论依据。因此，设计中难以实现同时减轻水击压强和脉动压强的优化目标。
（4）由于水泵水轮机在甩负荷中的过机流量呈多峰性，流量由初始值减为零的时间远小于导叶关闭时间，因此常规水电站调压室设置条件不适用于抽水蓄能电站。另外，抽水蓄能电站输水系统布置比常规水电站更为复杂，通常有树状布置和环状布置两种方式。尤其在相继甩负荷、水力干扰等过渡过程中，两者对调节保证极值、机组超出力存在较大的差异。由于缺少对抽水蓄能机组与输水管道系统匹配性的认知，导致工程设计缺乏方向性的引导。
（5）从抽水蓄能机组过渡过程数值模拟的角度来看，水泵水轮机全特性曲线平面表达方式存在的多值性和对应性问题，即开度线交叉、聚集、扭卷等现象常常导致迭代计算无法收敛，继而造成数值计算结果的异常波动；并且复杂的机组边界条件因求解方法不当，也可能导致无解或错解。
为了解决抽水蓄能电站设计和运行中存在的困惑，促进其过渡过程理论与关键技术的发展，本书从以下五个方面对水泵水轮机全特性与抽水蓄能机组过渡过程进行较系统全面的论述。
（1）水泵水轮机全特性空间曲面的构建与变化规律，包括第1～第3章。其目的是寻找水泵水轮机全特性更适宜的表征方法，深入了解水泵水轮机流量特性、力矩特性以及流量力矩特性随比转速的变化规律，为探索抽水蓄能机组过渡过程内在机理，指导工程设计和运行奠定基础。
（2）基于水泵水轮机全特性空间曲面的过渡过程数值模拟与分析，包括第4～第6章。其目的是在建立完整的抽水蓄能机组过渡过程数学模型的基础上，证明机组方程组唯一解，提高大波动、小波动及水力干扰等过渡过程的模拟精度；且建立反S特性与机组甩负荷水击压强的内在联系，以及与飞逸稳定性、空载稳定性、运行稳定性及调节品质的内在联系，为优化导叶关闭规律及整定调速器参数奠定基础。
（3）基于水泵水轮机反S特性及脉动特性的导叶关闭规律优化，包括第7～第8章。其目的是寻找抽水蓄能机组甩负荷过渡过程脉动压强的模拟方法，探索水泵水轮机反S特性和脉动特性随导叶开度及工况点的变化规律，探讨反S特性和脉动特性与调节保证极值的关联性，为导叶关闭规律选取、优化提供科学的依据。
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