水电站过渡过程与控制

目录 **篇 单管单机的输水发电系统过渡过程与控制 第1章 单管单机的输水发电系统调节保证分析与控制 3 1.1 调节保证分析的数学模型及精细化模拟 5 1.1.1 有压管道水击方程及精细化模拟 5 1.1.2 基于边界条件的混流式水轮机特性曲线转换 12 1.1.3 水轮发电机组数学模型及唯一解 21 1.1.4 基本边界条件 31 1.2 调节保证设计的控制标准、控制工况及相应的特征 36 1.2.1 控制标准 36 1.2.2 控制工况及相应的特征 37 1.3 基于水轮机特性及管道水流惯性的导叶启闭规律优化 43 1.3.1 导叶关闭规律优化的理论分析 43 1.3.2 导叶关闭规律优化的原则与方法 45 1.3.3 导叶关闭规律优化的工程实例 45 参考文献 48 第2章 单管单机的输水发电系统运行稳定性及调节品质分析与控制 49 2.1 单管单机的输水发电系统的运行稳定性 51 2.1.1 输水发电系统的线性化数学模型 51 2.1.2 单管单机的输水发电系统稳定域 58 2.2 调速器主要参数的整定 64 2.2.1 基于低阶系统解析解的调速器参数整定 64 2.2.2 调速器参数整定的其他方法 73 2.3 调节品质的控制工况及精细化数值模拟 77 2.3.1 调节品质的控制工况 77 2.3.2 调节品质控制工况的精细化数值模拟 82 参考文献 95 第3章 调压设施的设置条件 97 3.1 基于水电站调节保证参数的调压设施设置条件 98 3.1.1 水击压强与机组转速上升的解析解 98 3.1.2 上游调压设施的设置条件 101 3.1.3 下游调压设施的设置条件 105 3.2 基于水电站运行稳定性的调压设施设置条件 109 3.2.1 基于刚性水击水电站运行稳定性的调压设施设置条件 109 3.2.2 基于弹性水击水电站运行稳定性的调压设施设置条件 111 3.2.3 基于刚性水击与弹性水击水电站运行稳定性的调压设施设置条件的对比 114 3.3 基于水电站调节品质的调压设施设置条件 115 3.3.1 基于刚性水击水电站调节品质的调压设施设置条件 116 3.3.2 基于弹性水击模型的水电站调节品质的调压设施设置条件 119 3.4 基于调节保证、运行稳定性及调节品质的调压设施设置条件对比 120 参考文献 122 第二篇 设有调压设施的输水发电系统过渡过程与控制 第4章 设有调压室的输水发电系统调节保证分析与控制 125 4.1 调压室水位波动解析分析与控制 126 4.1.1 调压室水位波动的基本方程 126 4.1.2 等断面积阻抗式调压室水位波动极值的解析计算 127 4.1.3 采用渐进法计算调压室涌浪水位极值 128 4.1.4 不同类型调压室对于*高/*低涌浪水位的适应性 130 4.2 组合工况下调压室水位波动的理论分析 136 4.2.1 先增后甩组合工况调压室水位波动分析 136 4.2.2 相继甩负荷、相继增负荷和先甩后增组合工况下调压室水位波动分析 139 4.2.3 数值验证及气垫式调压室组合工况的解析解 141 4.3 各种类型调压室水位波动的数学模型 144 4.3.1 简单式调压室 144 4.3.2 差动式调压室（包含阻抗式调压室） 145 4.3.3 室外差动式调压室 147 4.3.4 一进二出三孔调压室 149 4.3.5 带长连接管调压室 150 4.3.6 调压室上部连通 151 4.3.7 气垫式调压室 151 4.3.8 连通调压室 152 4.4 调压室水位波动及机组调节保证的时程分析与控制 153 4.4.1 调压室涌浪水位的控制工况及机组调节保证参数的控制工况 153 4.4.2 可控组合工况下调压室涌浪水位的时程控制方法 154 4.4.3 精细化数值解的工程实例 161 参考文献 172 第5章 设有调压室的输水发电系统运行稳定性及调节品质分析与控制 173 5.1 单个调压室系统运行稳定性及调节品质 174 5.1.1 单个调压室系统运行稳定性分析 174 5.1.2 单个调压室系统运行稳定性及时域响应的解析解 182 5.2 双调压室系统运行稳定性及调压室稳定断面积 187 5.2.1 上下游双调压室系统运行稳定性及调压室稳定断面积 187 5.2.2 上游双调压室系统运行稳定性及调压室稳定断面积 196 5.3 并网条件下调压室系统运行稳定性与时域响应 201 5.3.1 并网条件下调压室系统的时域响应 201 5.3.2 并网条件下调压室系统的稳定域 208 5.4 基于滑模变结构控制律的调节品质分析 212 5.4.1 基本方程的建立 212 5.4.2 滑模变结构控制器的设计 213 5.4.3 仿真实例 214 参考文献 215 第6章 设明满流尾水子系统的水电站调节保证分析与控制 217 6.1 明满流尾水子系统的工作原理 218 6.1.1 变顶高尾水洞工作原理及解析分析 218 6.1.2 明满流尾水洞工作原理及解析分析 220 6.2 明满流数学模型 221 6.2.1 明满流三区数学模型 221 6.2.2 基于水击方程与圣维南方程耦合的数学模型 226 6.2.3 机组甩负荷试验反演计算与对比分析 232 6.3 尾水洞通气系统数学模型及机理分析 236 6.3.1 尾水洞通气系统数学模型 236 6.3.2 尾水洞通气系统作用机理分析 242 6.4 明满流尾水洞断流分析与控制 246 6.4.1 明满流尾水洞断流机理分析 248 6.4.2 明满流尾水洞断流影响因素的分析与控制 254 参考文献 262 第7章 设明满流尾水子系统的水电站运行稳定性及调节品质分析与控制 263 7.1 基于Hopf分岔的变顶高尾水洞水电站运行稳定性及调节品质分析与控制 264 7.1.1 非线性数学模型 264 7.1.2 反馈控制策略下变顶高尾水洞水电站运行稳定性及调节品质 269 7.2 基于微分几何的变顶高尾水洞水电站运行稳定性及调节品质分析与控制 274 7.2.1 变顶高尾水洞水电站水轮机调节的非线性扰动解耦控制策略设计 275 7.2.2 非线性扰动解耦控制策略下变顶高尾水洞水电站运行稳定性及调节品质 279 7.3 明满流尾水洞水电站运行稳定性及调节品质分析与控制 285 7.3.1 基于空间状态方程的明满流尾水洞数学模型 285 7.3.2 明满流尾水洞水电站水轮机调节运行稳定性分析与控制 290 7.3.3 明满流尾水洞水电站调节品质分析与控制 295 参考文献 302 第三篇 具有水力联系的输水发电系统过渡过程与控制 第8章 水力单元水力干扰过渡过程分析与控制 305 8.1 水力联系的分析及电力联系的简化 306 8.1.1 水力联系的分析与数学模型 306 8.1.2 电力联系的简化 312 8.2 水力干扰下机组数学模型 316 8.2.1 发电机高阶方程与励磁调节器方程 316 8.2.2 电网数学模型 320 8.2.3 负载数学模型及负载动态特性 321 8.3 管道布置影响的敏感性分析与控制 322 8.3.1 不同水力联系对水力干扰过渡过程影响的对比分析 322 8.3.2 水流惯性加速时间Tw对水力干扰过渡过程影响的敏感性分析 332 8.4 电力联系及调速器参数影响的敏感性分析与控制 335 8.4.1 不同电力联系对水力干扰过渡过程影响的对比分析 335 8.4.2 调速器参数对水力干扰过渡过程的影响 340 参考文献 346 第9章 水力单元的运行稳定性、调节品质及控制策略 347 9.1 基于总体矩阵法的水力发电系统数学模型 348 9.1.1 系统管道模型 348 9.1.2 水力边界模型 349 9.1.3 水力发电机组模型 353 9.2 系统总体矩阵的构建方法和求解方法 356 9.2.1 总体矩阵构建方法 356 9.2.2 自由振荡计算理论 359 9.2.3 强迫振荡计算理论 362 9.3 总体矩阵法在水力发电系统中频域分析的应用 363 9.3.1 自由振荡分析 364 9.3.2 强迫振荡分析 371 9.4 Simulink建模在水力发电系统中时域分析的应用 379 9.4.1 调速器参数的影响 380 9.4.2 调压室断面积的影响 381 9.4.3 支管非对称布置的影响 383 参考文献 384 第10章 两级串联水电站过渡过程分析与控制 387 10.1 两级串联水电站恒定流计算理论与实例分析 388 10.1.1 两级串联水电站恒定流计算理论与方法 388 10.1.2 两级串联水电站恒定流计算实例及分析 393 10.2 两级串联水电站运行稳定性分析与控制 397 10.2.1 设有调节池的输水发电系统运行稳定性频域分析 397 10.2.2 两级串联水电站运行稳定性时域分析 406 10.3 两级串联水电站水力干扰过渡过程分析与控制 415 10.3.1 部分机组甩负荷对系统其他机组的水力干扰作用 415 10.3.2 调节池参数对水力干扰的敏感性分析 427 10.4 同步运行约束条件下过渡过程分析与控制 432 10.4.1 部分机组甩负荷条件下同步运行过渡过程分析与控制 433 10.4.2 部分机组增负荷条件下同步运行过渡过程分析与控制 442 参考文献 450 附录 451