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前言 1

绪论 1

0.1 现代电力系统发展的主要特点 1

0.1.1 电力系统稳定运行问题 1

0.1.2 电力系统持续工频过电压问题 1

0.1.3 风力发电技术 2

0.2 异步化电机 3

0.2.1 异步化电机发展简况 3

0.2.2 异步化电机研究现状 4

0.2.3 异步化电机的应用前景 4

上篇 异步化汽轮发电机 7

第1章 异步化汽轮发电机的数学模型及控制原理 7

1.1 异步化汽轮发电机的电气结构 7

1.1.1 异步化汽轮发电机电机本体的电气结构 7

1.1.2 励磁系统结构 7

1.2 异步化汽轮发电机数学模型 9

1.2.1 异步化汽轮发电机稳态等效电路及相量图 9

1.2.2 异步化汽轮发电机同步坐标轴系下的数学模型 10

1.3 异步化汽轮发电机控制原理 12

第2章 异步化汽轮发电机运行特性 14

2.1 异步化汽轮发电机双通道励磁控制 14

2.2 异步化汽轮发电机静态稳定性分析 15

2.2.1 异步化汽轮发电机小扰动方程 15

2.2.2 静稳定性分析 16

2.2.3 异步化汽轮发电机励磁控制反馈系数与静态稳定性 19

2.3 异步化汽轮发电机有功和无功（电压）调节特性 20

2.3.1 有功功率调节前后稳态运行的相量图 20

2.3.2 无功功率调节前后的相量图 21

2.3.3 有功、无功调节过程的仿真研究 22

2.3.4 无功调节的物理模拟实验 26

2.4 异步化汽轮发电机的暂态特性 29

2.4.1 暂态稳定性定性分析 29

2.4.2 仿真研究 30

2.5 异步化汽轮发电机定子端部发热的分析 33

2.5.1 异步化汽轮发电机端部磁通的相量分析 33

2.5.2 异步化汽轮发电机不同无功运行时端部合成磁通的确定 34

第3章 异步化汽轮发电机励磁系统故障的仿真分析 36

3.1 励磁系统局部故障下发电机的稳态调节特性 36

3.1.1 有功调节特性 36

3.1.2 无功调节特性 40

3.1.3 深度吸无功运行 44

3.2 励磁系统突然局部故障后发电机的过渡过程 47

3.2.1 发无功状态下的过渡过程 47

3.2.2 吸无功状态下的过渡过程 49

3.3 励磁系统局部故障下发电机的暂态特性 52

3.3.1 发无功状态下的暂态特性 52

3.3.2 发额定有功、吸无功状态下的暂态特性 53

3.3.3 发少量有功、吸无功状态下的暂态特性 57

3.3.4 加入快关气门控制后的暂态特性 57

3.4 励磁系统一相完全失磁 59

3.4.1 最大输出功率的计算 59

3.4.2 转入单轴运行的过渡过程 60

3.5 励磁系统两相完全失磁 62

3.5.1 最大输出有功的计算 62

3.5.2 转入异步运行的过渡过程 62

第4章 异步化汽轮发电机与同步汽轮发电机并列运行 64

4.1 异步化汽轮发电机与同步汽轮发电机并列运行时励磁的协调控制 64

4.1.1 异步化汽轮发电机与同步汽轮发电机的基本差异 64

4.1.2 两种发电机并列运行的励磁控制配合 65

4.1.3 异步化汽轮发电机与同步汽轮发电机并列运行时无功运行方式选择 68

4.2 异步化汽轮发电机在电站的容量配置 71

第5章 异步化汽轮发电机电磁设计特点 77

5.1 异步化汽轮发电机S＝O稳态运行时的相量图 77

5.2 异步化汽轮发电机气隙的选择 78

5.3 异步化汽轮发电机异步运行时转差率限值的确定 80

5.3.1 异步化汽轮发电机异步运行时的等效电路及方程组 80

5.3.2 异步运行时转差率限值的确定 81

5.4 异步化汽轮发电机转子绕组的设计 83

5.4.1 γ＝44/48的转子两相励磁绕组排列 83

5.4.2 γ＝48/48的转子两相励磁绕组排列 84

5.5 异步化汽轮发电机电磁计算中γ的处理 86

下篇 交流励磁发电机 93

第6章 交流励磁发电机原理 93

6.1 交流励磁发电机电气结构及运行原理 93

6.1.1 良好的稳定性及转速适应能力 93

6.1.2 独立的有功、无功调节能力 94

6.1.3 较强的进相运行能力 94

6.2 交流励磁发电机基本关系式 94

6.2.1 电压方程式、等效电路和相量图 94

6.2.2 通过气隙传递的电磁功率和无功功率 96

6.2.3 功率平衡关系 101

6.3 交流励磁发电机有功、无功调节的物理过程 104

6.3.1 有功调节 104

6.3.2 无功调节 105

第7章 交流励磁发电机系统数学模型及控制策略 107

7.1 交流励磁发电机的线性模型 107

7.2 交流励磁发电机的饱和模型 109

7.3 交流励磁发电机励磁控制策略 114

7.3.1 双通道多变量反馈励磁控制系统 114

7.3.2 矢量励磁控制系统 116

7.3.3 多标量励磁控制系统 117

7.3.4 动态同步轴系下的励磁控制模型 120

7.4 交流励磁发电机双通道励磁实验系统设计 123

7.4.1 励磁控制系统的硬件设计 123

7.4.2 励磁控制系统的软件设计 124

7.5 交流励磁发电机的开环静态稳定性分析 129

7.6 交流励磁发电机闭环特征根分析 131

第8章 交流励磁发电机的运行特性 136

8.1 交流励磁发电机的有功、无功和转速的调节特性 136

8.1.1 有功调节特性 136

8.1.2 无功调节特性 136

8.1.3 转速调节特性 136

8.1.4 不同反馈系数或运行条件对调节特性的影响 139

8.2 交流励磁发电机的暂态特性 142

8.2.1 交流励磁发电机暂态特性的仿真研究 143

8.2.2 励磁电压顶值与转子励磁频率对交流励磁发电机暂态稳定性的影响 144

第9章 交流励磁发电机的励磁电源及谐波分析 150

9.1 矩阵式变换器励磁的交流励磁发电机 150

9.1.1 矩阵式交-交变频器的结构 151

9.1.2 矩阵式交-交变频器的调制方法 152

9.1.3 矩阵式交-交变频器的换流控制 158

9.1.4 矩阵式交-交变频器的输入滤波器与保护电路设计 160

9.2 双PWM空间矢量控制的交流励磁发电机 163

9.2.1 双PWM控制交-直-交电压型变频器的基本工作原理 164

9.2.2 双PWM控制交-直-交电压型变频器的数学模型 165

9.2.3 整流桥功率因数校正环节的控制算法 171

9.2.4 双PWM变换器励磁的交流励磁电源系统的仿真 173

9.3 励磁电源管压降引起的谐波及其消除方法的研究 177

9.3.1 励磁电源管压降引起的谐波 178

9.3.2 励磁电源管压降所引起谐波的消除方法 180

第10章 交流励磁发电机电磁设计 184

10.1 交流励磁发电机的设计特点和设计程序 184

10.1.1 交流励磁发电机的运行方式 184

10.1.2 交流励磁发电机电磁设计特点 186

10.1.3 交流励磁发电机的电磁计算程序 189

10.2 考虑励磁电源谐波后的交流励磁发电机电磁功率的计算 194

10.2.1 谐波等效电路 194

10.2.2 谐波稳态电磁功率的计算 195

10.2.3 谐波脉动电磁功率的分析与计算 196

10.2.4 算例仿真分析 198

第11章 交流励磁发电机在水电站和风力发电系统中的仿真研究 200

11.1 交流励磁水轮发电机系统建模 200

11.1.1 交流励磁水轮发电机的负荷优化调节 200

11.1.2 交流励磁水轮发电机系统的数学模型 205

11.2 基于CMAC的交流励磁水轮发电机系统智能控制策略研究 212

11.2.1 CMAC神经网络控制原理和设计 214

11.2.2 基于CMAC神经网络的自适应控制器设计 217

11.2.3 基于CMAC自适应控制策略的交流励磁水轮发电机系统运行性能的仿真研究 220

11.3 交流励磁风力发电机系统建模及其运行性能仿真研究 233

11.3.1 风力发电机组的基本特性 233

11.3.2 交流励磁风力发电机励磁控制策略 236

11.3.3 交流励磁风力发电机系统的稳暂态特性的仿真研究 237

参考文献 240

附录A 发电机及系统参数 247

A.1 发电机参数 247

A.2 输电线参数 247