能量变换器是一种可以直接与电网相连的新兴发电装置。它打破了一个世纪以来电厂的传统模式,将常规电厂中的发电机、冲击电压保护器、发电机侧开关、母线和升压变压器全部由一台能量变换器来代替。能量变换器有造价低、效率高、维护费用低的优点,这将使得它在未来有广阔的发展前景。随着超高压电网和供电电缆的增加,以及用电峰谷差日渐增大,电力系统中充电无功功率过剩的问题日趋严重,经常出现电压超过规定上限的情况,严重影响到电能质量和设备安全。解决这个问题的一个简单易行、有效而又经济的措施是使系统内某些机组在系统轻载或故障时进相运行,使其在发出一定有功功率的同时,发出容性无功功率,从而调整系统电压。能量变换器作为新型的高压发电机,对其进相运行的研究具有很重要的理论意义。本文首先对能量变换器的设计原理、特点及应用前景进行阐述,总结分析了发电机进相运行方式的必要性及其在国内外的运行概况和规定,同时对发电机在进相运行时的限制因素以及相应的技术措施进行了介绍。牛顿解析法是一种精确的水轮发电机静态稳定边界计算方法。本文应用此方法分别对同体积和同容量的能量变换器与常规发电机进行计算分析,确定了静稳定边界,并绘出了同体积的能量变换器和常规发电机的运行容量图。然后,利用Simulink中的电力系统工具箱(SPS)建立了单机无穷大系统中各元件的仿真模型和系统模型,并对系统在能量变换器由迟相运行转化为进相运行时,不同的有功功率和不同的外部系统阻抗两种情况进行了仿真,并根据所得的仿真数据分析了发电机进相深度与外部系统阻抗及输出有功功率的关系,这对能量变换器实际的进相运行有一定的参考价值。最后,本文结合能量变换器的结构和运行特点,对能量变换器在不同工况下的磁场分布进行了计算,找出了其变化的规律。