異步發電機并網運行時的問題分析與探討

李海明

摘要：異步發電機是目前我國應用比較多的一類機械設備，與同步發電機相比，異步發電機控制裝備更加簡單，且并網時沒有嚴格頻率和相角要求。本文對異步電機的軟并網進行了詳細介紹，而后闡述了軟并網控制系統的軟硬件設計，最后對異步電機并網仿真進行了探討，以期為異步發電機并網運行設計提供一定的幫助。

關鍵詞：異步發電機；并網運行；軟硬件設計；并網仿真

1異步發電機工作原理

電機運行時可逆的，異步電機既可以作電動機運行，又可以作發電機運行。當定子外加電壓作電動機運行時，轉速n總是低于氣隙旋轉磁場的轉速ns，即nns），此時轉子導體切割旋轉磁場的方向就與n

2. 異步發電機勵磁方式

①自勵方式

單機運行的異步發電機稱為自勵異步發電機。這種自勵異步發電機必須在定子繞組的端點上并接適當的電容器，利用電容來供給異步發電機的勵磁電流從而使異步發電機建立起電壓，并在氣隙中產生旋轉磁場。

只要異步發電機的轉子有剩磁存在，當原動機帶動轉子旋轉后，轉子的剩磁磁通φ 就會切割定子繞組，并在定子繞組中感應出剩磁電勢。通過定子繞組產生的磁勢和剩磁磁通φ方向相同，該電勢又使流過電容器的電流增加，周而復始，導致電機中的磁通增大，從而使定子繞組中的電勢不斷增高，最終使發電機的空載電壓達到穩定值。

②他勵方式

定子與電網并聯，所需無功功率取自電網。異步發電機接入電網極為簡單，只要將轉子拖到盡可能接近同步轉速，并且轉向和定子磁場旋轉方向一致即可并入電網。也就是先把旋轉的異步電機的定子繞組并聯在電網上，然后再把轉速n 調到異步機的同步轉速 以上，便可向電網輸出電壓、頻率與電網完全一致的電力。定子繞組的電勢和頻率取決于電網的電壓和頻率，并在異步發電機接入電網時自動的建立起來。必須特別注意，由于發電機從它所聯接的電網獲得勵磁，所以，異步發電機輸向電網的電流頻率和它自身的轉差率無關。

3異步發電機的并網

異步發電機接入電網極為簡單，只要將轉子拖到盡可能接近同步轉速，并且轉向和定子磁場旋轉方向一致即可并入電網。也就是先把旋轉的異步電機的定子繞組并聯在電網上，然后再把轉速n 調到異步機的同步轉速 以上，便可向電網輸出電壓、頻率與電網完全一致的電力。定子繞組的電勢和頻率取決于電網的電壓和頻率，并在異步發電機接入電網時自動的建立起來。必須特別注意，由于發電機從它所聯接的電網獲得勵磁，所以，異步發電機輸向電網的電流頻率和它自身的轉差率無關。

并網運行時，需從電網吸收滯后的無功功率以產生旋轉磁場。異步發電機并網運行的優點是接入電網時不需要整步，運行中不會發生振蕩，而這些卻是同步發電機經常遇到的困難。當發生短路時，除瞬時的短路電流外，不會有大的短路穩定電流，因為此時異步發電機將失去勵磁。

增加轉速，就增加輸出給電網的電流、功率。由于需從電網吸收滯后的無功功率以產生旋轉磁場，這就惡化了電網的功率因數，使電網無功不足，影響了電壓的穩定性。因此，必須給電網并聯適當的電容以補償無功。

如果勵磁方式采用自勵方式時，此時發電機的頻率、電壓是不固定的。

如果采用并網他勵方式時，頻率是取決于電機和電容的諧振頻率。而電網的電壓、頻率是固定的，所以諧振頻率與電網頻率是一致的（50HZ）。

4異步發電機的優缺點

異步發電機具有很多優點，它的籠型轉子結構不僅構造簡單而且堅固，維護操作方便，能承受較高的飛逸轉速，附加設備少，不需要速度調整裝置、直流勵磁裝置、電壓較正裝置、同期投入裝置、失勵保護及勵磁接地保護裝置、直流指示儀表、直流匯流排及相應的開關設備，因而減少了電站的投資，在發生短路時，短路電流不會持續，將迅速衰減至零。異步發電機比之異步電動機有較高的效率，因為發電機不需要啟動轉矩，可以設計成低轉差率，轉子銅耗較小。但異步發電機也有缺點，它向電網輸送超前的無功功率，亦即從電網吸取滯后的無功功率，這無疑加重了其它同步發電機在無功功率上的負擔它的勵磁無功功率也很大，就

一般的大中型異步發電機來說，空載電流。一額定電流，也就是說，異步發電機需要的勵磁功率達發電機功率的，而同步電機的勵磁功率僅為發電機功率的左右。不言而喻，這是異步發電機的重大缺點。它不能調節功率因數并網時有較大的涌入電流它在單獨運行時，必須在定子端接有電容，還需要裝有負載調節器，這就增加了它的成本。因此，只有較小容量的異步發電機才作不并網的單獨運行。

5小結

通過以上問題的分析與討論有助于我們更加清晰的了解異步發電機，有助于我們更好的運用異步發電機。

異步發電機能夠很好地適用于中小容量的水電站并網運行。水電站往往建在邊遠的山區，那里人煙稀少，負載低，通常要輸送很長的距離才能到達工業中心。隨著工業發展，電網的不斷擴大，作為較少投資的發電設備，不可忽視異步發電機的應用。同時近幾年異步發電機也廣范應用于低溫余熱行業（如地熱、石油、水泥、鋼鐵等）。利用其低溫余熱蒸汽發電，達到節能減排的社會意義。

參考文獻：

[1]陸暢，周志鋒，智勇軍等.基于定子磁鏈定向的雙饋風力發電系統仿真分析[J].電器與能效管理技術，2016，（23）：32-40.

[2]彭飄飄.基于比例諧振控制的雙饋風力發電系統空載并網研究[J].電子制作，2016，（20）：38.