交流励磁发电机具有良好的稳定性及变速恒频发电能力、独立的有功与无功调节能力和较强的进相运行能力，特别适合应用于需要变速运行的水电机组、抽水蓄能机组和风电机组，并对解决超高压输电系统中由于充电无功过剩所引起的持续工频过电压及电力系统稳定性问题具有很好的作用。励磁控制系统在形成交流励磁发电机的优良特性方面起着关键作用，本文主要对交流励磁发电机励磁系统进行仿真研究。主要工作内容和成果如下：研究交流励磁发电机在三相静止坐标系下的数学模型和同步旋转坐标系下的数学模型，给出了交流励磁发电机在同步旋转坐标下的基本方程，并得出定转子有功功率、无功功率表达式。采用定子磁场定向的方法对交流励磁发电机系统进行矢量控制研究，得出矢量控制方程，确定交流励磁发电机变速恒频运行以及有功无功解耦调节的控制策略。确定交-交变频器作为所研究的交流励磁发电系统的励磁电源，通过对交-交变频器的工作原理的分析，基于MATLAB／Simulink，建立了电流控制型交-交变频器的仿真模型，并编写了基于S函数的电压控制型交-交变频器的仿真模型。由于系统的复杂性，诸多文献建立的交流励磁发电系统仿真模型并未包括交-交变频器模型。本文采用了独立编制的基于S函数的电压控制型交-交变频器的仿真模型，充分利用了MATLAB软件的计算能力，建立了详细的交流励磁发电系统的仿真模型，包括：交流励磁发电机模型、水轮机及调速器模型、交-交变频器模型、矢量控制系统模型和励磁变压器模型。利用该模型进行了有功功率和无功功率解耦控制仿真、变速恒频发电动态过程仿真、转子转速超同步与亚同步转换动态过程仿真、吸收和发出无功功率极限值仿真、机端三相短路仿真及谐波分析。仿真结果表明，采用交-交变频器和定子磁场定向矢量控制可以实现交流励磁发电机有功无功的独立快速调节；在调节过程中，定子电压频率稳定不变；转子转速在超同步与亚同步之间转换时，三相转子电流进行了换相，转子绕组功率流动方向发生转变；仿真模型发出和吸收的无功功率极限值与理论计算值相符；交-交变频器是交流励磁发电系统最主要的谐波源。仿真结果与理论分析结果相一致，证明了所建模型的正确性。