發電機出租異步化同步發電機綜述
發布時間：2023-08-04 點擊：143
穩定隨著現代電力系統的發展，輸電線路的電壓等級逐步提高，線路不斷加長，負荷曲線的不均勻性加劇。當輸電線路傳輸功率低于自然功率時，輸電線將出現過剩的無功功率，從而導致發電廠和線路持續工頻過電壓，危及系統的安全運行，使線路的損耗增加，嚴重時會使發電機無法并列，而長線的出現又使發電機及系統穩定問題更加突出。
傳統的解決上述問題的方法是：同步發電機進相運行電站或輸電線上加裝電抗器、靜止無功補償裝置或調相機。但國外的實踐證明，這些方法都存在一些固有的技術、經濟的缺陷。
發電機出租由于我國水利資源豐富，常規的水電站和作為調峰填谷有效手段之一的抽水蓄能電站都得到了很大的發展。但是，許多水電站，特別是黃河流域的水電站，水頭變化大，水輪機的效率低，汽蝕和泥沙磨損嚴重，如何改善水輪機的運行工況，提高水輪機的效率成了比較關心的問題。國外的實踐已證明，抽水蓄能電站以采用可逆機組為佳，但這種機組由于水輪機兼做水泵，要求在電動和發電狀態下都達到較高的效率，因此，希望機組是可本文作者還有華北電力大學的米增強。
發電機出租變速的機組。傳統的電動―發電機組采用直流勵磁的同步發電機，調速比較困難，且特性差。此外，該機組需電動狀態運行時，啟動比較困難。
針對以上問題，國內外電力工作者都在尋求經濟、有效的解決辦法。以下通過對異步化同步發電機的基本原理、結構、性能、勵磁控制方式及國外的發展狀況的分析，可以看出，異步化同步發電機是解決以上問題的有效辦法。
1異步化同步發電機的基本原理和結構異步化同步發電機的定子與傳統同步發電機的定子相同，但轉子不同。異步化同步發電機的轉子具有兩相或三相可控勵磁繞組，可以采用交流勵磁方式，從而使電機工作于同步或可控的異步狀態。當轉子繞組通入某一頻率（ f）的交流電時，就會產生一個相對轉子旋轉的磁場，其轉速為：式中p――極對數。
轉子實際轉速加上交流勵磁產生的旋轉磁場的轉速（方向可以相同或相反）等于同步轉速。在電機氣隙中形成的同步旋轉磁場，在定子側感應出同步頻率的感應電勢。從定子側看，它與直流勵磁的轉子以同步轉速旋轉時形成的同步旋轉磁場是等效的。如果按電機轉子的轉速是否與同步轉速一致來區分異步化發電機或同步化發電機，則異步化同步發電機應當被稱為異步發電機。但是，從性能上看，異步化同步發電機在很多地方又與同步發電機相似，例如：異步發電機通過定子從電網吸收無功勵磁，本身無獨立的勵磁繞組異步化同步發電機與同步發電機一樣，有獨立的勵磁繞組，可以從電網吸收容性無功功率，也可以向電網提供滯后的無功功率。異步發電機轉速隨負荷變化而變化異步化同步發電機可以與同步發電機一樣，負荷改變時，轉速卻保持不變，因此被稱為異步化同步發電機。
異步化同步發電機與傳統的同步發電機一樣，也由電機本體、勵磁電源和自動勵磁調節器組成。由于異步化同步發電機的轉子具有兩相或三相勵磁繞組，依靠自動勵磁調節器對轉子勵磁電壓的頻率、大小和相位進行調節，以實現發電機可控的異步化運行。
2異步化同步發電機的勵磁控制方式異步化同步發電機的轉子采用三相（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電機相比（同步發電機勵磁的可調量只有一個，即直流勵磁電流的幅值，所以同步發電機勵磁一般只能對無功功率進行調節） ，采用交流勵磁的異步化同步發電機，勵磁的可調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電機的轉速，以達到調速的目的，從而按最佳運行方式調整發電機運行功率，通過改變勵磁電流相位，來改變發電機的空載電勢與系統電壓向量間的相對位置，從而改變發電機的功率角。因此交流勵磁的發電機，調節勵磁電流，不僅可以調節發電機的無功功率，而且可以調節發電機的有功功率，即異步化同步發電機之所以具有超越傳統同步發電機的優點（良好的調節特性、運行的靈活性及可靠性） ，除了其電氣結構與傳統同步發電機相比，有多相轉子對稱交流勵磁外，關鍵在于異步化同步發電機有一套能充分發揮電機運行特點的勵磁控制系統。異步化同步發電機中常用的勵磁控制方式與異步化汽輪發電機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電機的有功、無功與同步坐標軸下d軸和q軸電流的解耦關系來建立控制方程，實現有功、無功的獨立控制基于同步電動機變頻調速矢量控制所提出的勵磁控制方式基于交流電機的多標量模型所提出的勵磁控制方式。
3發電機出租異步化同步發電機的性能特點（ 1）調節異步化同步發電機的勵磁電流，不僅可以控制發電機無功功率的輸出，還可以控制發電機有功功率的輸出。直流勵磁的同步發電機，只能調節勵磁電流的幅值，所以，調節同步發電機的勵磁電流只能對無功功率進行調節異步化同步發電機由于采用了交流勵磁，可以調節勵磁電流的幅值、頻率和相位，所以，調節勵磁電流時不僅可以控制發電機無功功率的輸出，還可以控制發電機有功功率的輸出。故異步化同步發電機并網運行時，將能作為調頻發電機實現電網的頻率自動調整。
（ 2）異步化同步發電機可以實現變速運行，因此被稱為可變速發電機。用于抽水蓄能電站時，可改變水輪機效率，特別是在非額定負載運行時，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中夜間的剩余動力，這是常規抽水蓄能電站所不能做到的。
（ 3）異步化同步發電機可以實現深度進相運行。異步化同步發電機克服了直流勵磁發電機進相運行主要受靜態穩定極限值限制的缺點，只受發電機定子電流允許值的限制，從而使發電機可以深度進相運行，為解決超高壓電力系統過剩無功引起的工頻過電壓問題找到了最經濟、最有效的途徑。
（ 4）異步化同步發電機有很高的穩定運行能力。異步化同步發電機的靜態穩定性是由所選擇的控制方法及控制規律決定的。通過調節勵磁調節系統，使電壓調節過程為單純的電磁調節過程，此過程與轉子位置無關，也不會影響轉子的運動條件，即與機電過程無關。同樣，有功調節也不會引起無功的擾動，僅受繞組發熱條件的限制。理論和實驗分析指出，在定、轉子電流允許極限內，上述調節過程是平穩的。異步化同步發電機的動態特性同樣受自動勵磁調節系統結構的限制。分析表明，其瞬態過程的特性在整個允許狀態范圍內保持不變，因此，異步化同步發電機有較高的瞬態穩定性。
4異步化同步發電機國內外研究狀況許多國家都在進行異步化同步發電機組的研制工作，但不論是研究的深度還是廣度前蘇聯的研究成果是處于領先地位的。前蘇聯從50年代初期就開展了異步化發電機組的研制工作，經過幾十年的不懈的努力，對異步化同步發電機組的理論分析、結構設計、勵磁控制等方面取得了舉世矚目的成就，并已進入工業實用階段，設計出了小至幾百kw的異步化風力發電機和大至800 mw的異步化汽輪發電機。目前，國外對異步化同步發電機的研究主要包含以下幾方面：（ 1）異步化同步發電機的性能分析如電機的狀態變化模型和動態特性潮流分析和效率優化有功和無功控制電機在三相短路下的暫態分析作為風力發電機的性能分析等。
（ 2）異步化同步發電機的勵磁控制ter）控制的異步化同步發電機的暫態穩定性的分析用pll控制的異步化同步發電機的穩定性分析用于異步化風力發電機的數字式理想控制器（ ac/dc/ ac）具有dsp（數字信號處理器）的異步化同步發電機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電機與電力系統的并聯運行，異步化同步發電機在電力系統應用的動態性能分析等。
目前我國對異步化同步發電機的研究還處于起步階段。國內只有大學、華北電力大學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、計算機仿真和動模實驗等形式。隨著我國能源建設的發展，國內電機工業應迎頭趕上，滿足需要。國外大電機在這方面發展的趨勢應引起我們充分的重視。
5結束語異步化同步發電機是結合了異步發電機和同步發電機的優點而發展起來的一種新型電機。它有著良好的運行性能，但同時，還有不少技術問題需要解決。
（ 1）在電機理論方面：還需進一步闡述清楚異步化同步發電機特征和運行特性，提出準確的等效電路和暫、穩態數學模型研究降低勵磁容量，擴大運行范圍的措施優化電機參數。
（ 2）在電機結構方面：應對異步化同步發電機轉子繞組絕緣結構與端部固定結構的型式進行研究應對高電壓、大電流集電環以及有效的轉子通風系統、通風方式進行研究。
（ 3）在勵磁控制方面：應對勵磁回路參數匹配、降低勵磁容量與損耗、合理選擇變頻裝置方面進行研究。討論如何通過控制提高機組靜態穩定性和非正常運行方式下電機的承受能力。
[ 4 ]前蘇聯的異步化同步發電機應用研究綜述。電力情異步化同步發電機交流勵磁控制方法。華北電力大學[ 6]交流勵磁發電機勵磁控制。中國電機工程學報， 1998，的方程。由于篇幅有限，對建立潮流的數學模型、確定計算方法（ 3種方法可任選）、編制計算程序等內容略去。以上僅舉例說明了該程序的功能（見圖2～圖7）。
3結論電力系統分析的教學軟件是作為電力系統的教學、培訓的一種輔助工具來編制開發的。它具有以下特點：（ 1）系統人機界面友好，操作靈活方便，具有與windows風格完全一樣的界面風格，與主流操作系統完全兼容，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點擊彈出的對話框進行，避免了以往的按特定格式輸入數據的形式，大大提高了輸入的效率和準確性。
（ 3）可以直接在系統圖上顯示潮流計算結果的全部數據和信息，也可選擇顯示只關心的信息。
數據編輯功能強大。
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發電機出租由于我國水利資源豐富，常規的水電站和作為調峰填谷有效手段之一的抽水蓄能電站都得到了很大的發展。但是，許多水電站，特別是黃河流域的水電站，水頭變化大，水輪機的效率低，汽蝕和泥沙磨損嚴重，如何改善水輪機的運行工況，提高水輪機的效率成了比較關心的問題。國外的實踐已證明，抽水蓄能電站以采用可逆機組為佳，但這種機組由于水輪機兼做水泵，要求在電動和發電狀態下都達到較高的效率，因此，希望機組是可本文作者還有華北電力大學的米增強。
發電機出租變速的機組。傳統的電動―發電機組采用直流勵磁的同步發電機，調速比較困難，且特性差。此外，該機組需電動狀態運行時，啟動比較困難。
針對以上問題，國內外電力工作者都在尋求經濟、有效的解決辦法。以下通過對異步化同步發電機的基本原理、結構、性能、勵磁控制方式及國外的發展狀況的分析，可以看出，異步化同步發電機是解決以上問題的有效辦法。
1異步化同步發電機的基本原理和結構異步化同步發電機的定子與傳統同步發電機的定子相同，但轉子不同。異步化同步發電機的轉子具有兩相或三相可控勵磁繞組，可以采用交流勵磁方式，從而使電機工作于同步或可控的異步狀態。當轉子繞組通入某一頻率（ f）的交流電時，就會產生一個相對轉子旋轉的磁場，其轉速為：式中p――極對數。
轉子實際轉速加上交流勵磁產生的旋轉磁場的轉速（方向可以相同或相反）等于同步轉速。在電機氣隙中形成的同步旋轉磁場，在定子側感應出同步頻率的感應電勢。從定子側看，它與直流勵磁的轉子以同步轉速旋轉時形成的同步旋轉磁場是等效的。如果按電機轉子的轉速是否與同步轉速一致來區分異步化發電機或同步化發電機，則異步化同步發電機應當被稱為異步發電機。但是，從性能上看，異步化同步發電機在很多地方又與同步發電機相似，例如：異步發電機通過定子從電網吸收無功勵磁，本身無獨立的勵磁繞組異步化同步發電機與同步發電機一樣，有獨立的勵磁繞組，可以從電網吸收容性無功功率，也可以向電網提供滯后的無功功率。異步發電機轉速隨負荷變化而變化異步化同步發電機可以與同步發電機一樣，負荷改變時，轉速卻保持不變，因此被稱為異步化同步發電機。
異步化同步發電機與傳統的同步發電機一樣，也由電機本體、勵磁電源和自動勵磁調節器組成。由于異步化同步發電機的轉子具有兩相或三相勵磁繞組，依靠自動勵磁調節器對轉子勵磁電壓的頻率、大小和相位進行調節，以實現發電機可控的異步化運行。
2異步化同步發電機的勵磁控制方式異步化同步發電機的轉子采用三相（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電機相比（同步發電機勵磁的可調量只有一個，即直流勵磁電流的幅值，所以同步發電機勵磁一般只能對無功功率進行調節） ，采用交流勵磁的異步化同步發電機，勵磁的可調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電機的轉速，以達到調速的目的，從而按最佳運行方式調整發電機運行功率，通過改變勵磁電流相位，來改變發電機的空載電勢與系統電壓向量間的相對位置，從而改變發電機的功率角。因此交流勵磁的發電機，調節勵磁電流，不僅可以調節發電機的無功功率，而且可以調節發電機的有功功率，即異步化同步發電機之所以具有超越傳統同步發電機的優點（良好的調節特性、運行的靈活性及可靠性） ，除了其電氣結構與傳統同步發電機相比，有多相轉子對稱交流勵磁外，關鍵在于異步化同步發電機有一套能充分發揮電機運行特點的勵磁控制系統。異步化同步發電機中常用的勵磁控制方式與異步化汽輪發電機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電機的有功、無功與同步坐標軸下d軸和q軸電流的解耦關系來建立控制方程，實現有功、無功的獨立控制基于同步電動機變頻調速矢量控制所提出的勵磁控制方式基于交流電機的多標量模型所提出的勵磁控制方式。
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（ 2）異步化同步發電機可以實現變速運行，因此被稱為可變速發電機。用于抽水蓄能電站時，可改變水輪機效率，特別是在非額定負載運行時，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中夜間的剩余動力，這是常規抽水蓄能電站所不能做到的。
（ 3）異步化同步發電機可以實現深度進相運行。異步化同步發電機克服了直流勵磁發電機進相運行主要受靜態穩定極限值限制的缺點，只受發電機定子電流允許值的限制，從而使發電機可以深度進相運行，為解決超高壓電力系統過剩無功引起的工頻過電壓問題找到了最經濟、最有效的途徑。
（ 4）異步化同步發電機有很高的穩定運行能力。異步化同步發電機的靜態穩定性是由所選擇的控制方法及控制規律決定的。通過調節勵磁調節系統，使電壓調節過程為單純的電磁調節過程，此過程與轉子位置無關，也不會影響轉子的運動條件，即與機電過程無關。同樣，有功調節也不會引起無功的擾動，僅受繞組發熱條件的限制。理論和實驗分析指出，在定、轉子電流允許極限內，上述調節過程是平穩的。異步化同步發電機的動態特性同樣受自動勵磁調節系統結構的限制。分析表明，其瞬態過程的特性在整個允許狀態范圍內保持不變，因此，異步化同步發電機有較高的瞬態穩定性。
4異步化同步發電機國內外研究狀況許多國家都在進行異步化同步發電機組的研制工作，但不論是研究的深度還是廣度前蘇聯的研究成果是處于領先地位的。前蘇聯從50年代初期就開展了異步化發電機組的研制工作，經過幾十年的不懈的努力，對異步化同步發電機組的理論分析、結構設計、勵磁控制等方面取得了舉世矚目的成就，并已進入工業實用階段，設計出了小至幾百kw的異步化風力發電機和大至800 mw的異步化汽輪發電機。目前，國外對異步化同步發電機的研究主要包含以下幾方面：（ 1）異步化同步發電機的性能分析如電機的狀態變化模型和動態特性潮流分析和效率優化有功和無功控制電機在三相短路下的暫態分析作為風力發電機的性能分析等。
（ 2）異步化同步發電機的勵磁控制ter）控制的異步化同步發電機的暫態穩定性的分析用pll控制的異步化同步發電機的穩定性分析用于異步化風力發電機的數字式理想控制器（ ac/dc/ ac）具有dsp（數字信號處理器）的異步化同步發電機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電機與電力系統的并聯運行，異步化同步發電機在電力系統應用的動態性能分析等。
目前我國對異步化同步發電機的研究還處于起步階段。國內只有大學、華北電力大學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、計算機仿真和動模實驗等形式。隨著我國能源建設的發展，國內電機工業應迎頭趕上，滿足需要。國外大電機在這方面發展的趨勢應引起我們充分的重視。
5結束語異步化同步發電機是結合了異步發電機和同步發電機的優點而發展起來的一種新型電機。它有著良好的運行性能，但同時，還有不少技術問題需要解決。
（ 1）在電機理論方面：還需進一步闡述清楚異步化同步發電機特征和運行特性，提出準確的等效電路和暫、穩態數學模型研究降低勵磁容量，擴大運行范圍的措施優化電機參數。
（ 2）在電機結構方面：應對異步化同步發電機轉子繞組絕緣結構與端部固定結構的型式進行研究應對高電壓、大電流集電環以及有效的轉子通風系統、通風方式進行研究。
（ 3）在勵磁控制方面：應對勵磁回路參數匹配、降低勵磁容量與損耗、合理選擇變頻裝置方面進行研究。討論如何通過控制提高機組靜態穩定性和非正常運行方式下電機的承受能力。
[ 4 ]前蘇聯的異步化同步發電機應用研究綜述。電力情異步化同步發電機交流勵磁控制方法。華北電力大學[ 6]交流勵磁發電機勵磁控制。中國電機工程學報， 1998，的方程。由于篇幅有限，對建立潮流的數學模型、確定計算方法（ 3種方法可任選）、編制計算程序等內容略去。以上僅舉例說明了該程序的功能（見圖2～圖7）。
3結論電力系統分析的教學軟件是作為電力系統的教學、培訓的一種輔助工具來編制開發的。它具有以下特點：（ 1）系統人機界面友好，操作靈活方便，具有與windows風格完全一樣的界面風格，與主流操作系統完全兼容，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點擊彈出的對話框進行，避免了以往的按特定格式輸入數據的形式，大大提高了輸入的效率和準確性。
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