水轮机调节系统

本书介绍了水电站在电网系统中功能角色变化背景下，水轮机调节的任务、特点和基本工作原理，液压随动系统和油压装置；重点介绍了水轮机微机调速器的硬件结构、软件功能、频率测量方法、控制算法、调节模式与实现方法，建立了水轮机调节系统各个环节的数学模型；分析了水轮机调节系统的动态特性、工作特性、机组并联运行特性、调节保证计算及调速设备选择；讲解了利用MATLAB及其工具箱进行水轮机调节系统仿真计算与大波动过渡过程计算的方法。

前言

第1章 水轮机调节系统基本原理

1.1 水力发电控制

1.1.1 电能特点与指标

1.1.2 水力发电控制

1.1.3 水轮机转速调节系统的地位与作用

1.2 水轮机调节系统组成与特点

1.2.1 水轮机调节系统组成

1.2.2 水轮机调节系统特点

1.3 水轮机调节动作原理

1.3.1 水轮机转速调节方法

1.3.2 水轮机转速人工调节

1.3.3 水轮机调节的动作原理

1.4 调节系统主要原件特性

1.4.1 测量元件

1.4.2 放大元件

1.4.3 反馈元件

1.4.4 水轮发电机组

思考题

第2章 水轮机调速器伺服系统与油压装置

2.1 液压系统

2.2 液压放大元件

2.2.1 液压放大原理

2.2.2 主配压阀

2.2.3 主接力器

2.3 电液转换器伺服系统

2.4 电液比例伺服阀系统

2.5 电机式伺服系统

2.5.1 步进电机伺服系统

2.5.2 直流电机伺服系统

2.5.3 交流电机伺服系统

2.6 电磁换向阀伺服系统

2.7 导叶分段关闭装置

2.8 事故配压阀

2.9 油压装置

2.9.1 调速系统油压装置的特点和要求

2.9.2 油压装置的组成与工作原理

2.9.3 油压装置系列

思考题

第3章 水轮机调节系统微机控制技术

3.1 计算机控制系统的概述

3.1.1 计算机控制系统的原理

3.1.2 计算机控制系统的组成

3.1.3 计算机控制系统的典型结构

3.2 .水轮机微机调速器的工作原理及硬件结构

3.2.1 水轮机微机调速器工作原理

3.2.2 水轮机微机调速器的主要功能

3.2.3 水轮机微机调速器的硬件结构

3.2.4 水轮机微机调速器的频率测量

3.3 水轮机微机调速器的控制模式及控制软件

3.3.1 水轮机微机调速器的工作状态

3.3.2 水轮机微机调速器的操作方式

8.3.3 水轮机微机调速器的调节模式

3.3.4 水轮机微机调速器的软件配置

3.4 水轮机调速器的控制算法

3.4.1 PID控制算法

3.4.2 水轮机调速器的PID控制结构

3.4.3 实际水轮机调速器PID算法

思考题

第4章 水轮机调节系统数学模型

4.1 调速器数学模型

4.2 压力引水系统数学模型

4.2.1 压力引水系统的水击现象

4.2.2 刚性水击模型

4.2.3 弹性水击模型

4.3 水轮机数学模型

4.3.1 水轮机的力矩特性与流量特性

4.3.2 水轮机传递系数的计算方法

4.4 发电机及负载数学模型

4.5 水轮机调节系统数学模型

思考题

第5章 水轮机调节系统特性分析

5.1 调节系统特性及动作过程分析

5.1.1 调节系统静态特性

5.1.2 调节系统动态特性

5.2 机组并联运行静态分析

5.2.1 调差机构

5.2.2 转速调整机构

5.2.3 调速器在电力系统调频中的作用

5.3 水轮机调节系统动态特性

5.3.1 开环与闭环传递函数

5.3.2 调节系统动态响应特性

5.3.3 调节系统稳态误差

5.3.4 调节系统的开环动态响应特性

5.4 水轮机调节系统分析

5.4.1 水轮机调节系统的稳定域分析

5.4.2 水轮机调节系统的频率特性分析

5.4.3 水轮机调节系统的根轨迹分析

5.5 水轮机调节系统的参数整定

5.5.1 极点配置法

5.5.2 开环对数频率特性法

5.5.3 水轮机调节系统运行工况的影响

5.5.4 调速器参数整定的简易估算法

思考题

第6章 调节保证计算及设备选择

6.1 调节保证计算的任务、目的及标准

6.1.1 调节保证计算的任务及目的

6.1.2 调节保证计算的标准

6.2 水击压力计算

6.2.1 刚性水击与弹性水击

6.2.2 直接水击与间接水击

6.2.3 调节保证中的水击压力计算

6.3 转速升高计算

6.3.1 转速升高计算公式

6.3.2 转速升高计算公式中各参数的确定

6.3.3 经验公式

6.4 调节保证的计算步骤与举例

6.4.1 计算步骤

6.4.2 调节保证计算实例

6.5 调速设备选型

6.5.1 中小型调节设备选择

6.5.2 大型调节设备选择

6.5.3 油压装置的选择

6.6 改善大波动过渡过程的措施

6.6.1 增加机组的GD2

6.6.2 设置调压室

6.6.3 装设调压阀

6.6.4 改变导叶关闭规律

6.6.5 装设爆破膜

思考题

第7章 水轮机调节系统计算机仿真

7.1 Matlab及其控制系统工具箱

7.1.1 Matlab的语言基础

7.1.2 Matlab的控制系统工具箱与水轮机调节系统分析

7.2 Simulink与水轮机调节系统仿真

7.2.1 用Simulink进行控制系统仿真步骤

7.2.2 Simulink水轮机调节系统仿真

7.3 大波动过渡过程水轮机调节系统仿真

7.3.1 特征线法在过渡过程计算中的应用

7.3.2 边界条件

7.3.3 水轮机非线性数学模型

7.3.4 计算步长选取

7.3.5 大波动过渡过程计算步骤

7.3.6 计算实例

思考题

附录Ⅰ

附录Ⅱ

参考文献