阻尼转矩系数作为暂态稳定研究领域重要的特性指标,能够表征电力系统在非线性作用十分复杂的大扰动下保持稳定性的能力。时步有限元方法基于发电机的实际结构和磁场建立模型,能够充分考虑非线性因素的影响,准确计及动态过程中发电机运行状态和参数的变化。多项式逼近法采用定量方法来确定详细模型的阻尼转矩系数,能够计算出变化的阻尼转矩系数。本文结合时步有限元模型和多项式逼近法,对快关汽门、三相突然短路、发电机失磁等大扰动下同步发电机的阻尼转矩系数进行仿真计算,实现了对不同转子阻尼结构阻尼特性的定量描述。主要工作如下:(1)搭建了单机无穷大系统的场-路耦合时步有限元模型,利用多项式逼近法计算了同步发电机转子槽楔、铁心和大齿导条三部分阻尼结构在不同扰动下的阻尼转矩系数。结果表明:大扰动下同步发电机的阻尼转矩系数是变化的;仅计转子槽楔时的阻尼转矩系数最大,仅计大齿导条时最小;除了仅计槽楔这一情况外,快关汽门或发电机失磁扰动下,计及导条和槽楔时的阻尼转矩系数最大,而三相突然短路下,计及铁心和槽楔时的阻尼转矩系数最大;三部分阻尼结构全部计及时,阻尼转矩系数较小。基于以上结论,提出了能够提高同步发电机阻尼作用的转子阻尼结构。(2)将多项式逼近法与传统方法的计算结果进行了对比分析。采用传统方法时计算出的阻尼转矩系数是常数,不能明确地体现出不同转子结构作用时阻尼效果的差别;而通过多项式逼近法得到的阻尼转矩系数则随着扰动的变化具有时变特性,能够准确地反映动态过程中发电机阻尼强弱的变化情况。(3)研究了快关汽门扰动持续时间不同时转子阻尼特性的差异,对比了两种方法下的阻尼转矩系数,结果表明:在一定范围内,快关汽门持续时间越长,阻尼转矩系数越大,对于低频振荡抑制作用的效果越好;传统方法下的阻尼转矩系数是常数,且随扰动持续时间变化不明显,不能准确地反映不同条件下阻尼转矩系数的变化情况,因此,研究大扰动下变化的阻尼转矩系数,对于同步发电机转子阻尼结构的优化设计有重要的指导意义。