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水電站過渡過程與控制

作者：楊建東
出版社：科學(xué)出版社出版時間：2023-05-01
開本： 其他 頁數(shù)： 488
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水電站過渡過程與控制 版權(quán)信息

水電站過渡過程與控制 內(nèi)容簡介

本書按照水電站輸水系統(tǒng)布置方式，分別介紹單管單機(jī)、設(shè)有調(diào)壓設(shè)施和多臺機(jī)組共輸水系統(tǒng)三種布置形式下的水電站過渡過程與控制基本理論、基本方法和科技前沿，主要涉及電站系統(tǒng)中水、機(jī)、電的耦合與控制。全書分為三篇10章，從電站系統(tǒng)運行的調(diào)節(jié)保證、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)三個方面進(jìn)行深入論述。本書絕大多數(shù)內(nèi)容是武漢大學(xué)“水電站過渡過程與控制”課題組近25年的研究成果，為解決水電站設(shè)計和運行面臨的主要難題提供理論依據(jù)、分析手段與工程措施。

水電站過渡過程與控制 目錄

目錄 **篇 單管單機(jī)的輸水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程與控制 第1章 單管單機(jī)的輸水發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證分析與控制 3 1.1 調(diào)節(jié)保證分析的數(shù)學(xué)模型及精細(xì)化模擬 5 1.1.1 有壓管道水擊方程及精細(xì)化模擬 5 1.1.2 基于邊界條件的混流式水輪機(jī)特性曲線轉(zhuǎn)換 12 1.1.3 水輪發(fā)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型及唯一解 21 1.1.4 基本邊界條件 31 1.2 調(diào)節(jié)保證設(shè)計的控制標(biāo)準(zhǔn)、控制工況及相應(yīng)的特征 36 1.2.1 控制標(biāo)準(zhǔn) 36 1.2.2 控制工況及相應(yīng)的特征 37 1.3 基于水輪機(jī)特性及管道水流慣性的導(dǎo)葉啟閉規(guī)律優(yōu)化 43 1.3.1 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化的理論分析 43 1.3.2 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化的原則與方法 45 1.3.3 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化的工程實例 45 參考文獻(xiàn) 48 第2章 單管單機(jī)的輸水發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 49 2.1 單管單機(jī)的輸水發(fā)電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性 51 2.1.1 輸水發(fā)電系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型 51 2.1.2 單管單機(jī)的輸水發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定域 58 2.2 調(diào)速器主要參數(shù)的整定 64 2.2.1 基于低階系統(tǒng)解析解的調(diào)速器參數(shù)整定 64 2.2.2 調(diào)速器參數(shù)整定的其他方法 73 2.3 調(diào)節(jié)品質(zhì)的控制工況及精細(xì)化數(shù)值模擬 77 2.3.1 調(diào)節(jié)品質(zhì)的控制工況 77 2.3.2 調(diào)節(jié)品質(zhì)控制工況的精細(xì)化數(shù)值模擬 82 參考文獻(xiàn) 95 第3章 調(diào)壓設(shè)施的設(shè)置條件 97 3.1 基于水電站調(diào)節(jié)保證參數(shù)的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 98 3.1.1 水擊壓強(qiáng)與機(jī)組轉(zhuǎn)速上升的解析解 98 3.1.2 上游調(diào)壓設(shè)施的設(shè)置條件 101 3.1.3 下游調(diào)壓設(shè)施的設(shè)置條件 105 3.2 基于水電站運行穩(wěn)定性的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 109 3.2.1 基于剛性水擊水電站運行穩(wěn)定性的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 109 3.2.2 基于彈性水擊水電站運行穩(wěn)定性的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 111 3.2.3 基于剛性水擊與彈性水擊水電站運行穩(wěn)定性的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件的對比 114 3.3 基于水電站調(diào)節(jié)品質(zhì)的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 115 3.3.1 基于剛性水擊水電站調(diào)節(jié)品質(zhì)的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 116 3.3.2 基于彈性水擊模型的水電站調(diào)節(jié)品質(zhì)的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件 119 3.4 基于調(diào)節(jié)保證、運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)的調(diào)壓設(shè)施設(shè)置條件對比 120 參考文獻(xiàn) 122 第二篇 設(shè)有調(diào)壓設(shè)施的輸水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程與控制 第4章 設(shè)有調(diào)壓室的輸水發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證分析與控制 125 4.1 調(diào)壓室水位波動解析分析與控制 126 4.1.1 調(diào)壓室水位波動的基本方程 126 4.1.2 等斷面積阻抗式調(diào)壓室水位波動極值的解析計算 127 4.1.3 采用漸進(jìn)法計算調(diào)壓室涌浪水位極值 128 4.1.4 不同類型調(diào)壓室對于*高/*低涌浪水位的適應(yīng)性 130 4.2 組合工況下調(diào)壓室水位波動的理論分析 136 4.2.1 先增后甩組合工況調(diào)壓室水位波動分析 136 4.2.2 相繼甩負(fù)荷、相繼增負(fù)荷和先甩后增組合工況下調(diào)壓室水位波動分析 139 4.2.3 數(shù)值驗證及氣墊式調(diào)壓室組合工況的解析解 141 4.3 各種類型調(diào)壓室水位波動的數(shù)學(xué)模型 144 4.3.1 簡單式調(diào)壓室 144 4.3.2 差動式調(diào)壓室（包含阻抗式調(diào)壓室） 145 4.3.3 室外差動式調(diào)壓室 147 4.3.4 一進(jìn)二出三孔調(diào)壓室 149 4.3.5 帶長連接管調(diào)壓室 150 4.3.6 調(diào)壓室上部連通 151 4.3.7 氣墊式調(diào)壓室 151 4.3.8 連通調(diào)壓室 152 4.4 調(diào)壓室水位波動及機(jī)組調(diào)節(jié)保證的時程分析與控制 153 4.4.1 調(diào)壓室涌浪水位的控制工況及機(jī)組調(diào)節(jié)保證參數(shù)的控制工況 153 4.4.2 可控組合工況下調(diào)壓室涌浪水位的時程控制方法 154 4.4.3 精細(xì)化數(shù)值解的工程實例 161 參考文獻(xiàn) 172 第5章 設(shè)有調(diào)壓室的輸水發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 173 5.1 單個調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì) 174 5.1.1 單個調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性分析 174 5.1.2 單個調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及時域響應(yīng)的解析解 182 5.2 雙調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積 187 5.2.1 上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積 187 5.2.2 上游雙調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及調(diào)壓室穩(wěn)定斷面積 196 5.3 并網(wǎng)條件下調(diào)壓室系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與時域響應(yīng) 201 5.3.1 并網(wǎng)條件下調(diào)壓室系統(tǒng)的時域響應(yīng) 201 5.3.2 并網(wǎng)條件下調(diào)壓室系統(tǒng)的穩(wěn)定域 208 5.4 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制律的調(diào)節(jié)品質(zhì)分析 212 5.4.1 基本方程的建立 212 5.4.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計 213 5.4.3 仿真實例 214 參考文獻(xiàn) 215 第6章 設(shè)明滿流尾水子系統(tǒng)的水電站調(diào)節(jié)保證分析與控制 217 6.1 明滿流尾水子系統(tǒng)的工作原理 218 6.1.1 變頂高尾水洞工作原理及解析分析 218 6.1.2 明滿流尾水洞工作原理及解析分析 220 6.2 明滿流數(shù)學(xué)模型 221 6.2.1 明滿流三區(qū)數(shù)學(xué)模型 221 6.2.2 基于水擊方程與圣維南方程耦合的數(shù)學(xué)模型 226 6.2.3 機(jī)組甩負(fù)荷試驗反演計算與對比分析 232 6.3 尾水洞通氣系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及機(jī)理分析 236 6.3.1 尾水洞通氣系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 236 6.3.2 尾水洞通氣系統(tǒng)作用機(jī)理分析 242 6.4 明滿流尾水洞斷流分析與控制 246 6.4.1 明滿流尾水洞斷流機(jī)理分析 248 6.4.2 明滿流尾水洞斷流影響因素的分析與控制 254 參考文獻(xiàn) 262 第7章 設(shè)明滿流尾水子系統(tǒng)的水電站運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 263 7.1 基于Hopf分岔的變頂高尾水洞水電站運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 264 7.1.1 非線性數(shù)學(xué)模型 264 7.1.2 反饋控制策略下變頂高尾水洞水電站運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì) 269 7.2 基于微分幾何的變頂高尾水洞水電站運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 274 7.2.1 變頂高尾水洞水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)的非線性擾動解耦控制策略設(shè)計 275 7.2.2 非線性擾動解耦控制策略下變頂高尾水洞水電站運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì) 279 7.3 明滿流尾水洞水電站運行穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 285 7.3.1 基于空間狀態(tài)方程的明滿流尾水洞數(shù)學(xué)模型 285 7.3.2 明滿流尾水洞水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)運行穩(wěn)定性分析與控制 290 7.3.3 明滿流尾水洞水電站調(diào)節(jié)品質(zhì)分析與控制 295 參考文獻(xiàn) 302 第三篇 具有水力聯(lián)系的輸水發(fā)電系統(tǒng)過渡過程與控制 第8章 水力單元水力干擾過渡過程分析與控制 305 8.1 水力聯(lián)系的分析及電力聯(lián)系的簡化 306 8.1.1 水力聯(lián)系的分析與數(shù)學(xué)模型 306 8.1.2 電力聯(lián)系的簡化 312 8.2 水力干擾下機(jī)組數(shù)學(xué)模型 316 8.2.1 發(fā)電機(jī)高階方程與勵磁調(diào)節(jié)器方程 316 8.2.2 電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型 320 8.2.3 負(fù)載數(shù)學(xué)模型及負(fù)載動態(tài)特性 321 8.3 管道布置影響的敏感性分析與控制 322 8.3.1 不同水力聯(lián)系對水力干擾過渡過程影響的對比分析 322 8.3.2 水流慣性加速時間Tw對水力干擾過渡過程影響的敏感性分析 332 8.4 電力聯(lián)系及調(diào)速器參數(shù)影響的敏感性分析與控制 335 8.4.1 不同電力聯(lián)系對水力干擾過渡過程影響的對比分析 335 8.4.2 調(diào)速器參數(shù)對水力干擾過渡過程的影響 340 參考文獻(xiàn) 346 第9章 水力單元的運行穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)品質(zhì)及控制策略 347 9.1 基于總體矩陣法的水力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 348 9.1.1 系統(tǒng)管道模型 348 9.1.2 水力邊界模型 349 9.1.3 水力發(fā)電機(jī)組模型 353 9.2 系統(tǒng)總體矩陣的構(gòu)建方法和求解方法 356 9.2.1 總體矩陣構(gòu)建方法 356 9.2.2 自由振蕩計算理論 359 9.2.3 強(qiáng)迫振蕩計算理論 362 9.3 總體矩陣法在水力發(fā)電系統(tǒng)中頻域分析的應(yīng)用 363 9.3.1 自由振蕩分析 364 9.3.2 強(qiáng)迫振蕩分析 371 9.4 Simulink建模在水力發(fā)電系統(tǒng)中時域分析的應(yīng)用 379 9.4.1 調(diào)速器參數(shù)的影響 380 9.4.2 調(diào)壓室斷面積的影響 381 9.4.3 支管非對稱布置的影響 383 參考文獻(xiàn) 384 第10章 兩級串聯(lián)水電站過渡過程分析與控制 387 10.1 兩級串聯(lián)水電站恒定流計算理論與實例分析 388 10.1.1 兩級串聯(lián)水電站恒定流計算理論與方法 388 10.1.2 兩級串聯(lián)水電站恒定流計算實例及分析 393 10.2 兩級串聯(lián)水電站運行穩(wěn)定性分析與控制 397 10.2.1 設(shè)有調(diào)節(jié)池的輸水發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性頻域分析 397 10.2.2 兩級串聯(lián)水電站運行穩(wěn)定性時域分析 406 10.3 兩級串聯(lián)水電站水力干擾過渡過程分析與控制 415 10.3.1 部分機(jī)組甩負(fù)荷對系統(tǒng)其他機(jī)組的水力干擾作用 415 10.3.2 調(diào)節(jié)池參數(shù)對水力干擾的敏感性分析 427 10.4 同步運行約束條件下過渡過程分析與控制 432 10.4.1 部分機(jī)組甩負(fù)荷條件下同步運行過渡過程分析與控制 433 10.4.2 部分機(jī)組增負(fù)荷條件下同步運行過渡過程分析與控制 442 參考文獻(xiàn) 450 附錄 451
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