水轮机调节系统原理

第1章 水轮机调节系统的基本概念(1)

1.1 水轮机调节系统的任务与特点(1)

1.1.1 水轮机调节系统的任务(1)

1.1.2 水轮机调节系统的特点(3)

1.2 水轮机调节系统的组成与原理(4)

1.2.1 水轮机调节系统的组成(4)

1.2.2 水轮机调节系统的原理(5)

1.3 水轮机调速器的分类和发展(9)

1.3.1 调速器的分类(9)

1.3.2 调速器的发展(12)

1.4 水轮机调节系统主要元件特性(13)

1.4.1 测量元件(14)

1.4.2 放大元件(16)

1.4.3 反馈元件(27)

1.4.4 水轮发电机组(29)

1.5 课后习题(30)

第2章 电气液压型调速器(31)

2.1 测频回路(32)

2.1.1 永磁机——LC测频回路(32)

2.1.2 发电机残压——脉冲频率测量回路(34)

2.1.3 齿盘与磁头——脉冲频率测量回路(39)

2.1.4 发电机残压——数字测频电路(41)

2.1.5 几种测频回路的比较(44)

2.2 校正回路(45)

2.2.1 软反馈回路（缓冲回路）(45)

2.2.2 测频微分回路(48)

2.2.3 积分器回路(50)

2.3 功率给定、调差及人工失灵区回路(50)

2.3.1 功率给定、调差及跟踪回路(50)

2.3.2 人工失灵区回路(51)

2.4 综合放大与开度限制回路(53)

2.4.1 综合放大回路(54)

2.4.2 开度限制回路(57)

2.5 电气协联装置(59)

2.6 电液转换器(63)

2.7 课后习题(67)

第3章 水轮机微机控制技术(68)

3.1 微机调速器的结构与原理(69)

3.1.1 一般计算机控制系统的结构(69)

3.1.2 微机调速器的系统结构及主要功能(72)

3.1.3 微机调节器的硬件(74)

3.1.4 微机调节器的工作原理(80)

3.2 微机调速器的调节模式(81)

3.2.1 微机调速器的工作状态(81)

3.2.2 微机调速器的调节模式(83)

3.2.3 微机调速器的开机控制(86)

3.2.4 微机调速器的停机控制(88)

3.2.5 微机调速器的并网与解列控制(88)

3.2.6 数字协联与实现(89)

3.2.7 微机调速器的软件配置(92)

3.3 微机调速器的控制算法(94)

3.3.1概述(94)

3.3.2 位置型离散PID控制算法(95)

3.3.3 增量型离散PID控制算法(96)

3.3.4 PID控制算法的改进(96)

3.3.5 微机调速器常用的PID控制系统结构(98)

3.4 新型PID控制算法(100)

3.4.1 分数阶理论与分数阶PID控制器(100)

3.4.2 自适应模糊PID控制器(101)

3.5 课后习题(106)

第4章 水轮机调速器伺服系统与油压装置(107)

4.1 液压放大元件(108)

4.1.1 液压放大原理(108)

4.1.2 主配压阀(109)

4.1.3 主接力器(113)

4.2 电液转换器伺服系统(117)

4.3 电液比例阀伺服系统(121)

4.4 电机式伺服系统(124)

4.4.1 步进电机伺服系统(124)

4.4.2 直流电机伺服系统(129)

4.4.3 交流电机伺服系统(131)

4.5 电磁换向阀伺服系统(133)

4.6 导叶分段关闭装置(135)

4.6.1 接力器导叶分段关闭装置(135)

4.6.2 导叶分段关闭阀(136)

4.7 事故配压阀(137)

4.8 油压装置(139)

4.8.1 调速系统油压装置的特点和要求(139)

4.8.2 油压装置的组成与工作原理(140)

4.8.3 油压装置的系列(146)

4.9 课后习题(148)

第5章 水轮机调节系统数学模型(149)

5.1 调速器数学模型(149)

5.1.1 微机调节器模型(150)

5.1.2 液压执行机构非线性模型(151)

5.2水力系统数学模型(152)

5.2.1 压力引水管道模型(152)

5.2.2 调压井模型(154)

5.2.3 特征线求解模型(155)

5.3水轮机数学模型(156)

5.3.1 线性数学模型(156)

5.3.2 基于全工况特性曲线的非线性数学模型(157)

5.4 发电机及负载数学模型(159)

5.5 水轮机调节系统整体数学模型(160)

5.5.1 调速系统线性模型(160)

5.5.2 调速系统非线性模型(160)

5.6 课后习题(163)

第6章 调水轮机调节系统动静特性(164)

6.1 机组并列运行静态分析(164)

6.1.1 调差机构(165)

6.1.2 转速调整机构(168)

6.1.3 调速器在电力系统调频中的作用(170)

6.2 水轮机调节系统的动态特性(172)

6.2.1 开环与闭环传递函数(172)

6.2.2 调节系统动态响应特性(174)

6.2.3 调节系统动态响应特性(180)

6.2.4 调节系统动态响应特性(181)

6.3 水轮机调节系统的稳定性(183)

6.4 水轮机调节系统的参数整定(188)

6.4.1 极点配置法(189)

6.4.2 开环频率特性法(191)

6.4.3 运行工况的影响(194)

6.4.4 调速器参数整定的简易估算法(196)

6.5 课后习题(198)

第7章 调节保证计算和设备配置(199)

7.1 调节保证计算的任务与标准(199)

7.1.1 调节保证计算的任务(199)

7.1.2 调节保证计算的标准(200)

7.2 水击压力和转速上升计算(201)

7.2.1 水击现象分类(201)

7.2.2 水击压力计算(203)

7.2.3 转速压力计算(207)

7.3 调节保证的计算流程与实例(212)

7.3.1 调节保证计算步骤(212)

7.3.2 调节保证计算实例(212)

7.4 调节设备选型(214)

7.4.1 调速器型号的命名(214)

7.4.2 中小型调速器容量计算(215)

7.4.3 大型调速器容量计算(216)

7.5 改善大波动过渡过程的措施(219)

7.5.1 增加机组的GD2(219)

7.5.2 设置调压室(219)

7.5.3 装设调压阀(220)

7.5.4 改变导叶关闭规律(221)

7.5.5 装设爆破膜(222)

7.6 课后习题(223)

第8章 水轮机调节系统数字仿真(225)

8.1 MATLAB及其控制系统工具箱(226)

8.1.1 MATLAB语言基础(226)

8.1.2 MATLAB的控制系统工具箱与水轮机调节系统分析(229)

8.1.3 LTI Viewer(236)

8.2 Simulink与水轮机调节系统仿真(238)

8.2.1 用Simulink进行控制系统仿真的步骤(239)

8.2.2 用Simulink实现水轮机调节系统仿真(242)

8.3 S-函数及其应用(252)

8.3.1 S-函数的基本概念(252)

8.3.2 用MATLAB语句编写S函数(253)

8.3.3 水轮机调节系统的非线性仿真(256)

8.4 水轮机调节系统大波动过渡过程仿真(258)

8.4.1 水击计算的特征线法(258)

8.4.2 基本边界条件(261)

8.4.3 水轮机非线性数学模型(267)

8.4.4 计算步长选取(268)

8.4.5 大波动过渡过程计算步骤(269)

8.4.6 计算实例(273)

8.5 课后习题(275)

第9章 调速器控制规律优化(276)

9.1 优化算法(277)

9.1.1 引力搜索算法(277)

9.1.2 改进引力搜索方法(279)

9.2 调速器导叶开启规律优化(281)

9.2.1 一段式开机(281)

9.2.2 二段式开机(281)

9.2.3 智能开机(283)

9.2.4 实例分析(285)

9.3 调速器导时关闭规律优化(291)

9.3.1 抽水蓄能机组非线性仿真平台(292)

9.3.2 导叶规律优化问题描述(292)

9.3.3 单目标导叶关闭规律优化(295)

9.3.4 多目标导叶关闭规律优化(300)

9.4 调速器控制参数优化(305)

9.4.1 抽水蓄能机组调速系统分数阶PID控制器设计与参数优化(305)

9.4.2 抽水蓄能机组模糊控制器参数优化(324)

9.5 课后习题(332)

第10章 水轮机调节系统现场试验(333)

10.1 试验装置与标准(333)

10.1.1 水轮机调节系统试验装置(333)

10.1.2 水轮机调节系统试验标准(334)

10.2 调速器的整机调整和静态试验(334)

10.2.1 调速器的整机调整试验(334)

10.2.2 调速器的静态特性试验(339)

10.3 水轮机调节系统的动态特性试验(341)

10.3.1 单机空载稳定性观测(342)

10.3.2 空载扰动试验(343)

10.3.3 负载扰动试验(345)

10.3.4 甩负荷试验(346)

10.3.5 接力器不动时间测定试验(348)

10.3.6 带负荷连续72 h运行试验(349)

10.4 课后习题(349)

参考文献 (350)