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　　穩(wěn)定隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路的電壓等級逐步提高，線路不斷加長，負(fù)荷曲線的不均勻性加劇。當(dāng)輸電線路傳輸功率低于自然功率時，輸電線將出現(xiàn)過剩的無功功率，從而導(dǎo)致發(fā)電廠和線路持續(xù)工頻過電壓，危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，使線路的損耗增加，嚴(yán)重時會使發(fā)電機(jī)無法并列，而長線的出現(xiàn)又使發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)穩(wěn)定問題更加突出。

　　傳統(tǒng)的解決上述問題的方法是：同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行電站或輸電線上加裝電抗器、靜止無功補(bǔ)償裝置或調(diào)相機(jī)。但國外的實踐證明，這些方法都存在一些固有的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的缺陷。

　　由于我國水利資源豐富，常規(guī)的水電站和作為調(diào)峰填谷有效手段之一的抽水蓄能電站都得到了很大的發(fā)展。但是，許多水電站，特別是黃河流域的水電站，水頭變化大，水輪機(jī)的效率低，汽蝕和泥沙磨損嚴(yán)重，如何改善水輪機(jī)的運(yùn)行工況，提高水輪機(jī)的效率成了比較關(guān)心的問題。國外的實踐已證明，抽水蓄能電站以采用可逆機(jī)組為佳，但這種機(jī)組由于水輪機(jī)兼做水泵，要求在電動和發(fā)電狀態(tài)下都達(dá)到較高的效率，因此，希望機(jī)組是可本文作者還有華北電力大學(xué)的米增強(qiáng)。

　　變速的機(jī)組。傳統(tǒng)的電動―發(fā)電機(jī)組采用直流勵磁的同步發(fā)電機(jī)，調(diào)速比較困難，且特性差。此外，該機(jī)組需電動狀態(tài)運(yùn)行時，啟動比較困難。

　　針對以上問題，國內(nèi)外電力工作者都在尋求經(jīng)濟(jì)、有效的解決辦法。以下通過對異步化同步發(fā)電機(jī)的基本原理、結(jié)構(gòu)、性能、勵磁控制方式及國外的發(fā)展?fàn)顩r的分析，可以看出，異步化同步發(fā)電機(jī)是解決以上問題的有效辦法。

　　1異步化同步發(fā)電機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu)異步化同步發(fā)電機(jī)的定子與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的定子相同，但轉(zhuǎn)子不同。異步化同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子具有兩相或三相可控勵磁繞組，可以采用交流勵磁方式，從而使電機(jī)工作于同步或可控的異步狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組通入某一頻率（ f）的交流電時，就會產(chǎn)生一個相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁場，其轉(zhuǎn)速為：式中p――極對數(shù)。

　　轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速加上交流勵磁產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（方向可以相同或相反）等于同步轉(zhuǎn)速。在電機(jī)氣隙中形成的同步旋轉(zhuǎn)磁場，在定子側(cè)感應(yīng)出同步頻率的感應(yīng)電勢。從定子側(cè)看，它與直流勵磁的轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時形成的同步旋轉(zhuǎn)磁場是等效的。如果按電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是否與同步轉(zhuǎn)速一致來區(qū)分異步化發(fā)電機(jī)或同步化發(fā)電機(jī)，則異步化同步發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)被稱為異步發(fā)電機(jī)。但是，從性能上看，異步化同步發(fā)電機(jī)在很多地方又與同步發(fā)電機(jī)相似，例如：異步發(fā)電機(jī)通過定子從電網(wǎng)吸收無功勵磁，本身無獨立的勵磁繞組異步化同步發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)一樣，有獨立的勵磁繞組，可以從電網(wǎng)吸收容性無功功率，也可以向電網(wǎng)提供滯后的無功功率。異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化異步化同步發(fā)電機(jī)可以與同步發(fā)電機(jī)一樣，負(fù)荷改變時，轉(zhuǎn)速卻保持不變，因此被稱為異步化同步發(fā)電機(jī)。

　　異步化同步發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)一樣，也由電機(jī)本體、勵磁電源和自動勵磁調(diào)節(jié)器組成。由于異步化同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子具有兩相或三相勵磁繞組，依靠自動勵磁調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)子勵磁電壓的頻率、大小和相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)發(fā)電機(jī)可控的異步化運(yùn)行。

　　2異步化同步發(fā)電機(jī)的勵磁控制方式異步化同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用三相（或兩相）對稱繞線式繞組，因此可以采用交流勵磁方式。與采用直流勵磁的同步發(fā)電機(jī)相比（同步發(fā)電機(jī)勵磁的可調(diào)量只有一個，即直流勵磁電流的幅值，所以同步發(fā)電機(jī)勵磁一般只能對無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)） ，采用交流勵磁的異步化同步發(fā)電機(jī)，勵磁的可調(diào)量除了勵磁電流的幅值外，還有勵磁電流的頻率和相位。通過改變勵磁電流頻率來改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的，從而按最佳運(yùn)行方式調(diào)整發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率，通過改變勵磁電流相位，來改變發(fā)電機(jī)的空載電勢與系統(tǒng)電壓向量間的相對位置，從而改變發(fā)電機(jī)的功率角。因此交流勵磁的發(fā)電機(jī)，調(diào)節(jié)勵磁電流，不僅可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率，而且可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率，即異步化同步發(fā)電機(jī)之所以具有超越傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點（良好的調(diào)節(jié)特性、運(yùn)行的靈活性及可靠性） ，除了其電氣結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比，有多相轉(zhuǎn)子對稱交流勵磁外，關(guān)鍵在于異步化同步發(fā)電機(jī)有一套能充分發(fā)揮電機(jī)運(yùn)行特點的勵磁控制系統(tǒng)。異步化同步發(fā)電機(jī)中常用的勵磁控制方式與異步化汽輪發(fā)電機(jī)的雙通道多變量反饋勵磁控制方式類似。此種勵磁控制方式利用異步化同步發(fā)電機(jī)的有功、無功與同步坐標(biāo)軸下d軸和q軸電流的解耦關(guān)系來建立控制方程，實現(xiàn)有功、無功的獨立控制基于同步電動機(jī)變頻調(diào)速矢量控制所提出的勵磁控制方式基于交流電機(jī)的多標(biāo)量模型所提出的勵磁控制方式。

　　3異步化同步發(fā)電機(jī)的性能特點（ 1）調(diào)節(jié)異步化同步發(fā)電機(jī)的勵磁電流，不僅可以控制發(fā)電機(jī)無功功率的輸出，還可以控制發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。直流勵磁的同步發(fā)電機(jī)，只能調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值，所以，調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵磁電流只能對無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)異步化同步發(fā)電機(jī)由于采用了交流勵磁，可以調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位，所以，調(diào)節(jié)勵磁電流時不僅可以控制發(fā)電機(jī)無功功率的輸出，還可以控制發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。故異步化同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時，將能作為調(diào)頻發(fā)電機(jī)實現(xiàn)電網(wǎng)的頻率自動調(diào)整。

　�。� 2）異步化同步發(fā)電機(jī)可以實現(xiàn)變速運(yùn)行，因此被稱為可變速發(fā)電機(jī)。用于抽水蓄能電站時，可改變水輪機(jī)效率，特別是在非額定負(fù)載運(yùn)行時，它可以通過改變速度來控制水泵的抽水量，還可以控制動力系統(tǒng)中夜間的剩余動力，這是常規(guī)抽水蓄能電站所不能做到的。

　　（ 3）異步化同步發(fā)電機(jī)可以實現(xiàn)深度進(jìn)相運(yùn)行。異步化同步發(fā)電機(jī)克服了直流勵磁發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行主要受靜態(tài)穩(wěn)定極限值限制的缺點，只受發(fā)電機(jī)定子電流允許值的限制，從而使發(fā)電機(jī)可以深度進(jìn)相運(yùn)行，為解決超高壓電力系統(tǒng)過剩無功引起的工頻過電壓問題找到了最經(jīng)濟(jì)、最有效的途徑。

　　（ 4）異步化同步發(fā)電機(jī)有很高的穩(wěn)定運(yùn)行能力。異步化同步發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性是由所選擇的控制方法及控制規(guī)律決定的。通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使電壓調(diào)節(jié)過程為單純的電磁調(diào)節(jié)過程，此過程與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，也不會影響轉(zhuǎn)子的運(yùn)動條件，即與機(jī)電過程無關(guān)。同樣，有功調(diào)節(jié)也不會引起無功的擾動，僅受繞組發(fā)熱條件的限制。理論和實驗分析指出，在定、轉(zhuǎn)子電流允許極限內(nèi)，上述調(diào)節(jié)過程是平穩(wěn)的。異步化同步發(fā)電機(jī)的動態(tài)特性同樣受自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制。分析表明，其瞬態(tài)過程的特性在整個允許狀態(tài)范圍內(nèi)保持不變，因此，異步化同步發(fā)電機(jī)有較高的瞬態(tài)穩(wěn)定性。

　　4異步化同步發(fā)電機(jī)國內(nèi)外研究狀況許多國家都在進(jìn)行異步化同步發(fā)電機(jī)組的研制工作，但不論是研究的深度還是廣度前蘇聯(lián)的研究成果是處于領(lǐng)先地位的。前蘇聯(lián)從50年代初期就開展了異步化發(fā)電機(jī)組的研制工作，經(jīng)過幾十年的不懈的努力，對異步化同步發(fā)電機(jī)組的理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、勵磁控制等方面取得了舉世矚目的成就，并已進(jìn)入工業(yè)實用階段，設(shè)計出了小至幾百kW的異步化風(fēng)力發(fā)電機(jī)和大至800 MW的異步化汽輪發(fā)電機(jī)。目前，國外對異步化同步發(fā)電機(jī)的研究主要包含以下幾方面：（ 1）異步化同步發(fā)電機(jī)的性能分析如電機(jī)的狀態(tài)變化模型和動態(tài)特性潮流分析和效率優(yōu)化有功和無功控制電機(jī)在三相短路下的暫態(tài)分析作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能分析等。

　�。� 2）異步化同步發(fā)電機(jī)的勵磁控制ter）控制的異步化同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性的分析用PLL控制的異步化同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性分析用于異步化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)字式理想控制器（ AC/DC/ AC）具有DSP（數(shù)字信號處理器）的異步化同步發(fā)電機(jī)的矢量控制和模糊邏輯控制等。

　　（ 3）其它方面的研究如異步化同步發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的并聯(lián)運(yùn)行，異步化同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的動態(tài)性能分析等。

　　目前我國對異步化同步發(fā)電機(jī)的研究還處于起步階段。國內(nèi)只有重慶大學(xué)、華北電力大學(xué)等高校開展這方面的工作。由于資金等多種因素的影響，基本限于理論研究、計算機(jī)仿真和動模實驗等形式。隨著我國能源建設(shè)的發(fā)展，國內(nèi)電機(jī)工業(yè)應(yīng)迎頭趕上，滿足需要。國外大電機(jī)在這方面發(fā)展的趨勢應(yīng)引起我們充分的重視。

　　5結(jié)束語異步化同步發(fā)電機(jī)是結(jié)合了異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點而發(fā)展起來的一種新型電機(jī)。它有著良好的運(yùn)行性能，但同時，還有不少技術(shù)問題需要解決。

　�。� 1）在電機(jī)理論方面：還需進(jìn)一步闡述清楚異步化同步發(fā)電機(jī)特征和運(yùn)行特性，提出準(zhǔn)確的等效電路和暫、穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型研究降低勵磁容量，擴(kuò)大運(yùn)行范圍的措施優(yōu)化電機(jī)參數(shù)。

　�。� 2）在電機(jī)結(jié)構(gòu)方面：應(yīng)對異步化同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣結(jié)構(gòu)與端部固定結(jié)構(gòu)的型式進(jìn)行研究應(yīng)對高電壓、大電流集電環(huán)以及有效的轉(zhuǎn)子通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)方式進(jìn)行研究。

　�。� 3）在勵磁控制方面：應(yīng)對勵磁回路參數(shù)匹配、降低勵磁容量與損耗、合理選擇變頻裝置方面進(jìn)行研究。討論如何通過控制提高機(jī)組靜態(tài)穩(wěn)定性和非正常運(yùn)行方式下電機(jī)的承受能力。

　　[ 4 ]前蘇聯(lián)的異步化同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用研究綜述。電力情異步化同步發(fā)電機(jī)交流勵磁控制方法。華北電力大學(xué)[ 6]交流勵磁發(fā)電機(jī)勵磁控制。中國電機(jī)工程學(xué)報， 1998，的方程。由于篇幅有限，對建立潮流的數(shù)學(xué)模型、確定計算方法（ 3種方法可任選）、編制計算程序等內(nèi)容略去。以上僅舉例說明了該程序的功能（見圖2～圖7）。

　　3結(jié)論電力系統(tǒng)分析的教學(xué)軟件是作為電力系統(tǒng)的教學(xué)、培訓(xùn)的一種輔助工具來編制開發(fā)的。它具有以下特點：（ 1）系統(tǒng)人機(jī)界面友好，操作靈活方便，具有與Windows風(fēng)格完全一樣的界面風(fēng)格，與主流操作系統(tǒng)完全兼容，并提供了多個快捷鍵來啟用各個模塊功能。

　�。� 2）圖形的輸入方式快捷、直觀，所有的輸入信息都可按提示通過鼠標(biāo)點擊彈出的對話框進(jìn)行，避免了以往的按特定格式輸入數(shù)據(jù)的形式，大大提高了輸入的效率和準(zhǔn)確性。

　�。� 3）可以直接在系統(tǒng)圖上顯示潮流計算結(jié)果的全部數(shù)據(jù)和信息，也可選擇顯示只關(guān)心的信息。

　　數(shù)據(jù)編輯功能強(qiáng)大。

　�。� 4）該軟件的實用性強(qiáng)，充分考慮到了電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式下的計算教學(xué)、培訓(xùn)應(yīng)用。程序有較好的模塊化設(shè)計。

　　綜上所述，該軟件采用了最先進(jìn)的計算機(jī)編程技術(shù)，并達(dá)到了穩(wěn)定運(yùn)行、運(yùn)算準(zhǔn)確、使用方便等多項指標(biāo)。它能加強(qiáng)學(xué)員對教學(xué)內(nèi)容的理解，為提高教學(xué)質(zhì)量創(chuàng)造了條件，可讓使用者對所學(xué)內(nèi)容有更深的印象。該軟件可用于學(xué)校的日常專業(yè)教學(xué)，在職人員的崗位培訓(xùn)，還能對實際系統(tǒng)進(jìn)行分析和計算。