异步化同步发电机综述北方交通大学（北京100044）张海红邢立群华北电力大学（河北保定071003）颜湘武能特点和励磁控制方式，以及与传统的同步发电机相比较，异步化同步发电机在解决电力系统有功功率和频率以及无功功率和电压的稳定方面，在变速运行提高机组运行效率等方面的优越性能。同时介绍了国内外异步化同步发电机的发展趋势和发展状况提出了今后在电机理论、电机结构、励磁控制等方面需要解决的技术问题。

　　稳定随着现代电力系统的发展，输电线路的电压等级逐步提高，线路不断加长，负荷曲线的不均匀性加剧。当输电线路传输功率低于自然功率时，输电线将出现过剩的无功功率，从而导致发电厂和线路持续工频过电压，危及系统的安全运行，使线路的损耗增加，严重时会使发电机无法并列，而长线的出现又使发电机及系统稳定问题更加突出。

　　传统的解决上述问题的方法是：同步发电机进相运行电站或输电线上加装电抗器、静止无功补偿装置或调相机。但国外的实践证明，这些方法都存在一些固有的技术、经济的缺陷。

　　由于我国水利资源丰富，常规的水电站和作为调峰填谷有效手段之一的抽水蓄能电站都得到了很大的发展。但是，许多水电站，特别是黄河流域的水电站，水头变化大，水轮机的效率低，汽蚀和泥沙磨损严重，如何改善水轮机的运行工况，提高水轮机的效率成了比较关心的问题。国外的实践已证明，抽水蓄能电站以采用可逆机组为佳，但这种机组由于水轮机兼做水泵，要求在电动和发电状态下都达到较高的效率，因此，希望机组是可本文作者还有华北电力大学的米增强。

　　变速的机组。传统的电动―发电机组采用直流励磁的同步发电机，调速比较困难，且特性差。此外，该机组需电动状态运行时，启动比较困难。

　　针对以上问题，国内外电力工作者都在寻求经济、有效的解决办法。以下通过对异步化同步发电机的基本原理、结构、性能、励磁控制方式及国外的发展状况的分析，可以看出，异步化同步发电机是解决以上问题的有效办法。

　　1异步化同步发电机的基本原理和结构异步化同步发电机的定子与传统同步发电机的定子相同，但转子不同。异步化同步发电机的转子具有两相或三相可控励磁绕组，可以采用交流励磁方式，从而使电机工作于同步或可控的异步状态。当转子绕组通入某一频率（ f）的交流电时，就会产生一个相对转子旋转的磁场，其转速为：式中p――极对数。

　　转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场的转速（方向可以相同或相反）等于同步转速。在电机气隙中形成的同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。从定子侧看，它与直流励磁的转子以同步转速旋转时形成的同步旋转磁场是等效的。如果按电机转子的转速是否与同步转速一致来区分异步化发电机或同步化发电机，则异步化同步发电机应当被称为异步发电机。但是，从性能上看，异步化同步发电机在很多地方又与同步发电机相似，例如：异步发电机通过定子从电网吸收无功励磁，本身无独立的励磁绕组异步化同步发电机与同步发电机一样，有独立的励磁绕组，可以从电网吸收容性无功功率，也可以向电网提供滞后的无功功率。异步发电机转速随负荷变化而变化异步化同步发电机可以与同步发电机一样，负荷改变时，转速却保持不变，因此被称为异步化同步发电机。

　　异步化同步发电机与传统的同步发电机一样，也由电机本体、励磁电源和自动励磁调节器组成。由于异步化同步发电机的转子具有两相或三相励磁绕组，依靠自动励磁调节器对转子励磁电压的频率、大小和相位进行调节，以实现发电机可控的异步化运行。

　　2异步化同步发电机的励磁控制方式异步化同步发电机的转子采用三相（或两相）对称绕线式绕组，因此可以采用交流励磁方式。与采用直流励磁的同步发电机相比（同步发电机励磁的可调量只有一个，即直流励磁电流的幅值，所以同步发电机励磁一般只能对无功功率进行调节） ，采用交流励磁的异步化同步发电机，励磁的可调量除了励磁电流的幅值外，还有励磁电流的频率和相位。通过改变励磁电流频率来改变发电机的转速，以达到调速的目的，从而按最佳运行方式调整发电机运行功率，通过改变励磁电流相位，来改变发电机的空载电势与系统电压向量间的相对位置，从而改变发电机的功率角。因此交流励磁的发电机，调节励磁电流，不仅可以调节发电机的无功功率，而且可以调节发电机的有功功率，即异步化同步发电机之所以具有超越传统同步发电机的优点（良好的调节特性、运行的灵活性及可靠性） ，除了其电气结构与传统同步发电机相比，有多相转子对称交流励磁外，关键在于异步化同步发电机有一套能充分发挥电机运行特点的励磁控制系统。异步化同步发电机中常用的励磁控制方式与异步化汽轮发电机的双通道多变量反馈励磁控制方式类似。此种励磁控制方式利用异步化同步发电机的有功、无功与同步坐标轴下d轴和q轴电流的解耦关系来建立控制方程，实现有功、无功的独立控制基于同步电动机变频调速矢量控制所提出的励磁控制方式基于交流电机的多标量模型所提出的励磁控制方式。

　　3异步化同步发电机的性能特点（ 1）调节异步化同步发电机的励磁电流，不仅可以控制发电机无功功率的输出，还可以控制发电机有功功率的输出。直流励磁的同步发电机，只能调节励磁电流的幅值，所以，调节同步发电机的励磁电流只能对无功功率进行调节异步化同步发电机由于采用了交流励磁，可以调节励磁电流的幅值、频率和相位，所以，调节励磁电流时不仅可以控制发电机无功功率的输出，还可以控制发电机有功功率的输出。故异步化同步发电机并网运行时，将能作为调频发电机实现电网的频率自动调整。

　　（ 2）异步化同步发电机可以实现变速运行，因此被称为可变速发电机。用于抽水蓄能电站时，可改变水轮机效率，特别是在非额定负载运行时，它可以通过改变速度来控制水泵的抽水量，还可以控制动力系统中夜间的剩余动力，这是常规抽水蓄能电站所不能做到的。

　　（ 3）异步化同步发电机可以实现深度进相运行。异步化同步发电机克服了直流励磁发电机进相运行主要受静态稳定极限值限制的缺点，只受发电机定子电流允许值的限制，从而使发电机可以深度进相运行，为解决超高压电力系统过剩无功引起的工频过电压问题找到了最经济、最有效的途径。

　　（ 4）异步化同步发电机有很高的稳定运行能力。异步化同步发电机的静态稳定性是由所选择的控制方法及控制规律决定的。通过调节励磁调节系统，使电压调节过程为单纯的电磁调节过程，此过程与转子位置无关，也不会影响转子的运动条件，即与机电过程无关。同样，有功调节也不会引起无功的扰动，仅受绕组发热条件的限制。理论和实验分析指出，在定、转子电流允许极限内，上述调节过程是平稳的。异步化同步发电机的动态特性同样受自动励磁调节系统结构的限制。分析表明，其瞬态过程的特性在整个允许状态范围内保持不变，因此，异步化同步发电机有较高的瞬态稳定性。

　　4异步化同步发电机国内外研究状况许多国家都在进行异步化同步发电机组的研制工作，但不论是研究的深度还是广度前苏联的研究成果是处于领先地位的。前苏联从50年代初期就开展了异步化发电机组的研制工作，经过几十年的不懈的努力，对异步化同步发电机组的理论分析、结构设计、励磁控制等方面取得了举世瞩目的成就，并已进入工业实用阶段，设计出了小至几百kW的异步化风力发电机和大至800 MW的异步化汽轮发电机。目前，国外对异步化同步发电机的研究主要包含以下几方面：（ 1）异步化同步发电机的性能分析如电机的状态变化模型和动态特性潮流分析和效率优化有功和无功控制电机在三相短路下的暂态分析作为风力发电机的性能分析等。

　　（ 2）异步化同步发电机的励磁控制ter）控制的异步化同步发电机的暂态稳定性的分析用PLL控制的异步化同步发电机的稳定性分析用于异步化风力发电机的数字式理想控制器（ AC/DC/ AC）具有DSP（数字信号处理器）的异步化同步发电机的矢量控制和模糊逻辑控制等。

　　（ 3）其它方面的研究如异步化同步发电机与电力系统的并联运行，异步化同步发电机在电力系统应用的动态性能分析等。

　　目前我国对异步化同步发电机的研究还处于起步阶段。国内只有重庆大学、华北电力大学等高校开展这方面的工作。由于资金等多种因素的影响，基本限于理论研究、计算机仿真和动模实验等形式。随着我国能源建设的发展，国内电机工业应迎头赶上，满足需要。国外大电机在这方面发展的趋势应引起我们充分的重视。

　　5结束语异步化同步发电机是结合了异步发电机和同步发电机的优点而发展起来的一种新型电机。它有着良好的运行性能，但同时，还有不少技术问题需要解决。

　　（ 1）在电机理论方面：还需进一步阐述清楚异步化同步发电机特征和运行特性，提出准确的等效电路和暂、稳态数学模型研究降低励磁容量，扩大运行范围的措施优化电机参数。

　　（ 2）在电机结构方面：应对异步化同步发电机转子绕组绝缘结构与端部固定结构的型式进行研究应对高电压、大电流集电环以及有效的转子通风系统、通风方式进行研究。

　　（ 3）在励磁控制方面：应对励磁回路参数匹配、降低励磁容量与损耗、合理选择变频装置方面进行研究。讨论如何通过控制提高机组静态稳定性和非正常运行方式下电机的承受能力。

　　[ 4 ]前苏联的异步化同步发电机应用研究综述。电力情异步化同步发电机交流励磁控制方法。华北电力大学[ 6]交流励磁发电机励磁控制。中国电机工程学报， 1998，的方程。由于篇幅有限，对建立潮流的数学模型、确定计算方法（ 3种方法可任选）、编制计算程序等内容略去。以上仅举例说明了该程序的功能（见图2～图7）。

　　3结论电力系统分析的教学软件是作为电力系统的教学、培训的一种辅助工具来编制开发的。它具有以下特点：（ 1）系统人机界面友好，操作灵活方便，具有与Windows风格完全一样的界面风格，与主流操作系统完全兼容，并提供了多个快捷键来启用各个模块功能。

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　　综上所述，该软件采用了最先进的计算机编程技术，并达到了稳定运行、运算准确、使用方便等多项指标。它能加强学员对教学内容的理解，为提高教学质量创造了条件，可让使用者对所学内容有更深的印象。该软件可用于学校的日常专业教学，在职人员的岗位培训，还能对实际系统进行分析和计算。