戴理韬， 高剑， 李承栩， 张文娟， 黄守道

(1.湖南大学 电气与信息工程学院，长沙 410082；2.长沙学院 电子信息与电气工程学院，长沙 410022)

0 引 言

水力发电是清洁与可再生能源，拥有巨大蕴藏量，极具发展潜力。传统水电机组通常采用电励磁同步发电机，发电机转子频率与电网工频保持一致，转速由调速器控制为恒定。恒速发电技术开展时间早、技术成熟，其系统具有结构简单、可靠性高的优点。但受水轮机能量转换特性的影响，在不同水流量下，对应着不同的最优转速使得水轮机水能转换效率最高[1]。为提高机组发电量，恒速水电站通常将额定转速设计为额定流量下最优效率所对应的转速，此时机组在额定工况下具有最优效率。然而受流域与降水等因素影响，水电站在年周期内通常较少地运行于额定工况(对应丰水季节)[2]。当电站处于平水期或枯水期时，电站的入水流量急剧下降，此时仍运行于额定转速会造成水轮机的水能捕获效率严重下降，并加剧水轮机空蚀效应，导致发电量减少、机组振动与噪声增加、运行条件恶化、水轮机运行寿命缩短等不良影响[3]。上述问题主要是由入水流速与水轮机转速不匹配造成的，采用变速恒频发电技术能有效解决恒速运行弊端，有利于提升运行效率、改善运行条件[1-3]。

变速恒频水力发电技术不仅增加了电机控制系统的开发难度，也给电机设计人员带来了新的挑战，设计出不同转速下全局效率最优的高性能电机成为了新的难题。……