內容簡介
《水輪機調節》對水輪機調節系統的基本理論、工作原理、動態仿真和實際套用進行了系統、全面的分析和研究，詳細地推導和論證了水輪機調節系統、水輪機控制系統和被控制系統的靜態及動態特性，針對水輪機微機調速器微機控制器的結構體系、硬體構成、軟體設計和機械液壓系統的組成及原理，進行了理論聯繫實際的分析，提供了大量可供工程套用的資料，詳細地介紹了基於MATLAB的水輪機調節系統的仿真模型建立、空載工況動態仿真、甩負荷動態過程仿真、電網一次調頻動態仿真和單機帶負荷動態仿真的研究成果，《水輪機調節》還簡要介紹了具有代表性的YT系列機械液壓調速器的技術要點。目錄
第1章水輪機調節系統1.1水輪機調節系統的組成
1.1.1水輪機調節系統的結構框圖
1.1.2被控制系統
1.1.3水輪機控制系統
1.2水輪機調節系統的任務和特點
1.2.1水輪機調節系統的任務
1.2.2水輪機調節的實質
1.2.3水輪機調節系統的特點
1.2.4手動水輪機調節
1.3水輪機控制系統的發展歷程
1.3.1水輪機機械液壓調速器
1.3.2水輪機電氣液壓調速器
1.3.3水輪機微機調速器
1.3.4基於現場匯流排的全數字式微機調速器
1.4水輪機調節技術的現狀及發展趨勢
1.4.1我國水輪機調節技術現狀
1.4.2我國水輪機調節技術發展趨勢
思考題
第2章水輪機調節系統的靜態特性和控制功能
2.1水輪機微機調速器的靜態特性
2.1.1微機調速器靜態特性的主要技術參數
2.1.2微機調節器的主要輸入、輸出參量
2.1.3微機調速器的永態差值環節及人工開度和功率死區環節
2.1.4微機調速器的積分環節輸入量
2.1.5微機調速器的調節模式
2.1.6單調整水輪機微機調速器的靜態特性分析
2.1.7雙調整水輪機微機調速器的協聯特性分析
2.2被控制系統靜態特性
2.3水輪機調節系統靜態特性
2.3.1水輪機調節系統的靜態特性
2.3.2空載工況下調整頻率給定和開度給定的定性分析
2.3.3水輪機調節系統的功率調節
2.4電網負荷頻率控制與水輪機調速器
2.5水輪機調節系統控制功能
2.5.1水輪機調節系統的工作狀態及其轉換過程
2.5.2水輪機調節系統的運行方式
2.5.3水輪機調節系統的故障診斷
2.5.4衝擊式水輪機噴針的控制
2.5.5抽水蓄能水輪機的控制
2.6水輪機調節系統試驗數據的回歸分析
2.6.1一元線性回歸分析方法
2.6.2水輪機調節系統靜態特性試驗的一元線性回歸分析
思考題
第3章水輪機調節系統的動態特性
3.1被控制系統的動態特性
3.1.1被控制系統的參數
3.1.2水輪機的傳遞係數結構圖
3.1.3引水系統的動態特性
3.1.4發電機及負荷動態特性
3.1.5剛性水錘下被控制系統的動態結構圖
3.1.6剛性水錘下調節對象的動態特性仿真曲線
3.2水輪機微機調速器的動態特性
3.2.1水輪機微機調速器的調節規律
3.2.2加速度－緩衝型微機調速器的動態特性
3.2.3PID型微機調速器的動態特性
3.2.4速動時間常數
3.2.5PID調節的離散算法
3.2.6功率（開度）前向通道開環增量環節的作用
3.3水輪機調節系統的動態特性
3.3.1機組空載轉速擺動特性
3.3.2甩100％額定負荷特性
3.3.3接力器不動時間
3.4水輪機調速器與電網一次調頻
3.4.1電網的調頻
3.4.2電網一次調頻工況機組功率增量Ap與電網頻率偏差△，之間的特性
3.4.3水輪機調節系統一次調頻試驗
3.5水輪機調節系統狀態空間方程和穩定性分析
3.5.1水輪機調節系統的狀態空間方程
3.5.2緩衝型（PI）調速器的水輪機調節系統的狀態方程
3.5.3採用加速度－緩衝型微機調速器的水輪機調節系統的狀態方程
3.5.4採用PID型微機調速器的水輪機調節系統狀態方程
3.5.5調節系統的穩定性和相對穩定性
3.6水輪機調節系統PID參數的整定和適應式變參數調節
3.6.1空載工況b1、Td、Tn的推薦初始參數
3.6.2空載工況Kp、KI、KD的推薦初始參數
3.6.3其他工況下推薦的PID參數
3.6.4水輪機調節系統的適應式變參數調節
思考題
第4章微機調節器
4.1微機調節器概述
4.1.1微機調節器結構
4.1.2選擇微機控制器的原則
4.1.3微機調節器的頻率測量
4.1.4微機調節器的單機／雙機配置
4.1.5人機互動界面
4.1.6通信接口
4.1.7用戶軟體
4.1.8主要控制器簡介
4.2微機控制器的單元和模組
4.2.1典型的微機控制器
4.2.2數字量輸入模組
4.2.3數字量輸出模組
4.2.4模擬量I／O模組
4.2.5功能模組
4.3水輪機微機調速器的頻率測量
4.3.1頻率測量的基本原理
4.3.2基於微機控制器高速計數模組的頻率測量
4.3.3基於靜態頻差和動態頻差的微機控制器頻率測量
4.3.4齒盤測頻
4.4微機調節器的雙機交叉冗餘容錯原理
4.4.1獨立的雙微機控制器冗餘控制結構
4.4.2雙微機控制器交叉冗餘控制結構
4.5微機調節器的程式編制
4.5.1微機調速器的程式總體框圖
4.5.2調節模式和工作狀態程式框圖
4.5.3微機調速器的PID調節程式
4.5.4編制微機調速器程式注意事項
思考題
第5章微機調速器機械液壓系統
5.1微機調速器機械液壓系統原理
5.1.1微機調速器的機械液壓系統
5.1.2大型微機調速器的機械液壓系統原理
5.1.3中、小型微機調速器的機械液壓系統原理
5.2微機調速器的電液轉換器
5.2.1電機驅動機械位移輸出型電液轉換器
5.2.2方向及流量輸出型電液轉換器
5.2.3數字閥
5.3微機調速器的主配壓閥
5.3.1主配壓閥的主要技術要求
5.3.2液壓控制型主配壓閥
5.3.3機械位移控制型主配壓閥
5.3.4主配壓閥容量估算及選擇
5.4微機調速器的機械開度限制機構
5.5微機調速器的緊急停機閥
5.6微機調速器的導葉分段關閉裝置
5.7微機調速器的事故配壓閥
5.8微機調速器典型機械液壓系統
5.9水輪機調速器的油壓裝置
思考題
第6章水輪機調節系統建模及仿真
6.1基於MATLAB的水輪機調節系統的仿真模型
6.1.1水輪機調節系統的MATLAB基本仿真模組
6.1.2水輪機調節系統的仿真模型
6.1.3M-File程式實例
6.2空載頻率波動和空載擾動過程仿真
6.2.1空載頻率波動過程仿真
6.2.2空載擾動過程仿真
6.3機組甩100％額定負荷過程仿真
6.3.1PID參數對甩100％額定負荷動態過程影響的仿真
6.3.2機組及引水系統參數對甩100％額定負荷動態過程影響的仿真
6.4接力器不動時間的仿真
6.5水輪機調節系統一次調頻仿真
6.5.1一次調頻仿真原理
6.5.2積分增益KI取值對於電網一次調頻的動態過程影響的仿真
6.5.3比例增益KP取值對於電網一次調頻的動態過程影響的仿真
6.5.4接力器最短開機和關機時間Tf取值對於電網一次調頻的動態過程影響的仿真
6.5.5機組和電網慣性時間常數Ta取值對於電網一次調頻的動態過程影響的仿真
6.6孤立電網運行特性仿真
思考題
附錄YT系列機械液壓調速器
F.1YT系列機械液壓調速器的結構
F.2YT系列機械液壓調速器的組成
F.3YT系列機械液壓調速器的主要特點和組成部分
F.4調速器各機構動作原理說明
F.5YT系列機械液壓調速器的靜態和動態特性
前言
本書是作者近50年來從事水輪機調節系統的研究、開發、設計、生產、教學和標準化工作的一個回顧與小結，特別是包含了近30年的理論研究和生產實踐成果。本書力求遵循並貫徹GB／T9652.1－2007《水輪機控制系統技術條件》、GB／T9652.2－2007《水輪機控制系統試驗規程》等國家標準。
本書注意理論與實踐的密切結合，對水輪機調節系統的基本理論、工作原理、動態仿真和實際套用進行了全面的分析和研究；詳細地推導和論證了水輪機調節系統、水輪機控制系統和被控制系統的靜態及動態特性；針對水輪機微機調速器微機控制器的結構體系、硬體構成、軟體設計和機械液壓系統的組成及原理進行了理論聯繫實際的分析，提供了大量可供工程套用的資料；詳細地介紹了基於MATLAB的水輪機調節系統的仿真模型建立、空載工況動態仿真、甩負荷動態過程仿真、電網一次調頻動態仿真和單機帶負荷動態仿真的研究成果；簡要介紹了具有代表性的YT系列機械液壓調速器的技術要點。書中每章都給出了思考題。
本書共分7章。第l章介紹了水輪機調節系統、水輪機控制系統和被控制系統的基本概念，水輪機調節系統結構圖；分析了水輪機調節系統的任務和特點，介紹了水輪機控制系統的發展及類型，簡述了機械液壓調速器、電氣液壓調速器和微機調速器的基本概念；研究了微機調速器的典型結構圖和傳遞函數方塊圖，典型的微機調速器原理結構圖；分析了水輪機調節系統現狀及發展趨勢。
第2章分析了水輪機調節系統、水輪機控制系統和被控制系統的靜態特性，討論了永態差值係數6口和轉速死區ix的定義及物理意義，人工頻率死區和人工開度／功率死區的特性及作用；針對水輪機調節系統的三種基本調節模式（頻率調節、開度調節和功率調節），研究了PID調節的積分輸入變數表達式和頻率給定、開度給定和功率給定的物理意義及使用條件；分析了適用於雙調整水輪機的微機調速器的協聯特性；討論了水輪機調速器在電網一次調頻和二次調頻中的作用和水輪機調節系統的電網一次調頻靜特性。
第3章分析了水輪機調節系統、水輪機控制系統和被控制系統的動態（瞬變狀態）、小波動狀態和大波動狀態的定義和物理概念；引用了GB／T9652.1－2007《水輪機控制系統技術條件》對水輪機調節系統和水輪機控制系統的動態特性的主要要求和工程實際對水輪機調節系統動態特性的主要要求；研究了水輪機控制系統、被控制系統和水輪機調節系統的動態特性，重點研究了微機調速器PID調節規律、PID調節的離散算法和PID參數選擇；研究了水輪機調節系統的穩定性和相對穩定性。
第4章介紹了微機調節器中微機控制器的原理框圖及微機控制器的選型，分析了微機控制器的主要組成模組的工作原理及特性；分析了水輪機微機調速器對頻率測量環節的要求、測周法頻率測量的基本原理、基於靜態頻差和動態頻差的頻率測量方法和齒盤測頻的基本原理；
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