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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