1.题目的背景和意义

同步电机就是指电机转子转速与旋转磁场转速相同的交流电机，同步电机的重要优点在于通过调节电机的励磁电流，可以调节电枢电流的相位，改变电机的功率因数。电机在有功功率不变的情况下，改变同步电机的励磁电流时，电机的电压、电流相量图和电枢电流岁励磁电流而变化的V型曲线。V行曲线表明，在一定的有功功率下，电机的电枢电流有一个最低点。此点相当于功率因数玮1.0，它对应的励磁电流正常励磁电流。在励磁电流大于正常励磁电流时，发电机将向电网输出滞后于端电压的电流；电动机则将字电网吸收超前于端电压电流。而当励磁电流小于正常励磁电流时，发电机将向电网输出超前电流；而电动机将自电网吸收滞后电流。所以通过调节同步电机的励磁电流，可以随意调节其输入（出）电流的相位和功率因数，所以现代不管是火电厂、水电站还是核电站几乎都选用同步发电机。

随着电网单机容量的增加和远距离输电的发展，对发电机及线路大扰动特性的研究越来越多，发电机作为电力系统中最重要的元件，其模型的准确性尤为重要。由于电力系统事故所造成的损失很大，因此提高运行人员技术水平，防止事故发生及在事故发生后避免事故扩大和那种药，电力系统仿真以其极佳的经济性、有效性而受到电力部门的重视，并迅速发展成为一种新兴的产业。

发电机的数学模型是电力系统仿真计算的基础，选取怎么样的数学模型就显得尤为重要。

常用的同步发电机数学模型由同步发电机电路方程和转子运动方程两部分组成。同步发电机电路方程又分为基本方程和导出模型两类。对于不同的假设条件，同步发电机模型可做出不同程度的简化，因此同步发电机的导出模型也有不同的形式。其主要区别在于电机转子的绕组数，如果转子d轴和q轴各有两个绕组，每一个转子绕组有一个一阶微分方程，则称之为转子四阶模型，连同转子的运动方程，整个发电机方程组为6阶模型。

电力系统中常用的同步发电机模型是基于暂态参数和次暂态参数的模型，是在原始派克方程的基础上引入不同的假设条件得到的 3种实用模型，因此研究发电机模型的合理性选择问题可为电力系统仿真提供理论依据。

同步发电机运行时，其定转子铁心中的磁场将受到铁磁材料饱和的影响，并且发电机的饱和效应受到多种因素的影响。发电机运行在稳态时，受多因素饱和效应的影响；当系统发生扰动时，运行特性受多因素饱和特性的影响，当发生扰动时，将可能导致发电机端电压远远高于额定值，使饱和程度加剧。套用不够准确的模型或者模型参数进行仿真，可能会影响仿真结果进而影响对系统稳定性的判断。

所以，对不同同步发电机模型的扰动特性对比分析，就显得十分重要。这对研究电力系统仿真中合理的同步发电机模型提供了重要的参考。通过不同模型的扰动对比分析，提出改进模型的方法或提出新的模型参数的方法有重大的意义。

二．国内外研究现状

1831年，法拉第发现电磁感应现象后不久，他又利用电磁感应现象发明了世界上第一台真正意义上的电机，后一年，法国A.H.皮克西在巴黎公开了一台永久旋转式交流发电机，1867年，德国发明家西门子，对发电机做出了重要的改进，用电磁铁代替了永久磁铁发电，一直到现在同步电机经历了数代人不懈的努力，经历了各种变化，同时现在作为电力系统仿真中的重要元件，它的数学模型也经历了很多代人的讨论，从早期的二阶经典模型，忽略凸极效应，励磁绕组暂态及阻尼绕组的作用，再到四阶实用模型，忽略阻尼绕组作用，计及凸极效应，再到现在电力系统广泛使用的高精度仿真的六阶模型。