目 錄
第1章 水電站平壓設(shè)施與調(diào)速系統(tǒng) 1
1.1 平壓設(shè)施 1
1.1.1 調(diào)壓室 1
1.1.2 變頂高尾水洞 6
1.2 調(diào)速系統(tǒng) 9
1.3 平壓設(shè)施與調(diào)速系統(tǒng)的耦合作用 13
參考文獻(xiàn) 17
第2章 基于降階模型的設(shè)調(diào)壓室水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)暫態(tài)特性與控制 23
2.1 設(shè)調(diào)壓室水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)調(diào)節(jié)品質(zhì) 23
2.1.1 數(shù)學(xué)模型 25
2.1.2 綜合傳遞函數(shù)的求解 26
2.1.3 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次降階 27
2.1.4 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)調(diào)節(jié)品質(zhì)分析 31
2.2 壓力管道對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響機(jī)理 37
2.2.1 數(shù)學(xué)模型 37
2.2.2 壓力管道對(duì)穩(wěn)定性的影響 40
2.2.3 壓力管道對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響 43
2.2.4 壓力管道水流慣性和水頭損失的作用機(jī)理及其應(yīng)用 45
2.3 本章小結(jié) 48
參考文獻(xiàn) 49
第3章 基于調(diào)節(jié)模式的設(shè)調(diào)壓室水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)暫態(tài)特性與控制 52
3.1 基于水輪機(jī)調(diào)節(jié)模式的系統(tǒng)穩(wěn)定性 53
3.1.1 基本方程的建立與綜合傳遞函數(shù)的求解 54
3.1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定條件 58
3.1.3 穩(wěn)定分析 59
3.2 基于水輪機(jī)調(diào)節(jié)模式的系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì) 64
3.2.1 基本方程 65
3.2.2 波動(dòng)方程的推導(dǎo) 65
3.2.3 特征參數(shù)的求解與影響因素分析 78
3.3 本章小結(jié) 86
參考文獻(xiàn) 87
第4章 考慮調(diào)節(jié)品質(zhì)要求的調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面 89
4.1 基本方程與穩(wěn)定條件 89
4.2 考慮壓力管道水流慣性和調(diào)速器特性的調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面 89
4.2.1 臨界穩(wěn)定斷面公式推導(dǎo) 89
4.2.2 臨界穩(wěn)定斷面公式分析 94
4.2.3 實(shí)例驗(yàn)證 97
4.3 考慮調(diào)節(jié)品質(zhì)要求的調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面 98
4.4 本章小結(jié) 99
參考文獻(xiàn) 99
第5章 設(shè)調(diào)壓室水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次調(diào)頻穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)響應(yīng) 100
5.1 設(shè)調(diào)壓室水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次調(diào)頻穩(wěn)定性 100
5.1.1 數(shù)學(xué)模型 101
5.1.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 106
5.1.3 一次調(diào)頻調(diào)壓室臨界穩(wěn)定斷面 113
5.2 設(shè)調(diào)壓室水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)響應(yīng) 117
5.2.1 一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制技術(shù)指標(biāo) 118
5.2.2 一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)的解析求解 118
5.2.3 基于出力響應(yīng)控制的一次調(diào)頻域 127
5.2.4 應(yīng)用 132
5.3 本章小結(jié) 132
參考文獻(xiàn) 133
第6章 設(shè)變頂高尾水洞水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性 135
6.1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性模型 136
6.2 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的Hopf分岔分析 140
6.2.1 非線性系統(tǒng)的平衡點(diǎn) 140
6.2.2 Hopf分岔的存在性 140
6.2.3 Hopf分岔的方向 141
6.3 基于Hopf分岔的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 142
6.3.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定域 142
6.3.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分岔圖 143
6.3.3 穩(wěn)定性的數(shù)值仿真 145
6.4 基于穩(wěn)定性的變頂高尾水洞工作原理 147
6.5 穩(wěn)定性的影響因素分析 150
6.5.1 負(fù)荷階躍值的影響 151
6.5.2 尾水洞坡度及斷面形狀的影響 151
6.5.3 尾水洞內(nèi)明滿(mǎn)流分界面處水深的影響 152
6.6 本章小結(jié) 153
參考文獻(xiàn) 154
第7章 基于非線性狀態(tài)反饋的設(shè)變頂高尾水洞水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Hopf分岔控制 156
7.1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型 157
7.2 基于非線性狀態(tài)反饋的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Hopf分岔控制 158
7.2.1 基于非線性多項(xiàng)式狀態(tài)反饋的控制策略設(shè)計(jì) 158
7.2.2 采用新型控制策略的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Hopf分岔控制 161
7.2.3 控制器模型方程 162
7.3 新型控制器的調(diào)節(jié)特性與作用機(jī)理 163
7.3.1 無(wú)控制 164
7.3.2 反饋控制 164
7.4 本章小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 170
第8章 基于微分幾何的設(shè)變頂高尾水洞水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性擾動(dòng)解耦控制 172
8.1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型 172
8.2 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性擾動(dòng)解耦控制策略設(shè)計(jì) 174
8.2.1 基于微分幾何的非線性擾動(dòng)解耦控制基本原理 174
8.2.2 名義輸出函數(shù)的構(gòu)造 175
8.2.3 非線性擾動(dòng)解耦控制策略設(shè)計(jì) 178
8.3 算例分析 180
8.3.1 非線性擾動(dòng)解耦控制策略作用下水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì) 181
8.3.2 非線性擾動(dòng)解耦控制策略對(duì)于變頂高尾水洞的適用性 181
8.3.3 非線性擾動(dòng)解耦控制策略作用下水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的魯棒性 182
8.3.4 非線性擾動(dòng)解耦控制策略與非線性多項(xiàng)式狀態(tài)反饋控制策略對(duì)比 186
8.4 本章小結(jié) 186
參考文獻(xiàn) 187
第9章 上游調(diào)壓室和變頂高尾水洞聯(lián)合作用下的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)暫態(tài)特性與控制 190
9.1 設(shè)上游調(diào)壓室與變頂高尾水洞的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性 191
9.1.1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型 191
9.1.2 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)Hopf分岔分析 193
9.1.3 基于Hopf分岔的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 196
9.1.4 穩(wěn)定性的數(shù)值仿真與控制 199
9.2 聯(lián)合作用下的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)暫態(tài)特性與控制 203
9.2.1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 203
9.2.2 上游調(diào)壓室與變頂高尾水洞波動(dòng)疊加對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 211
9.3 本章小結(jié) 216
參考文獻(xiàn) 217
第10章 下游調(diào)壓室和變頂高尾水洞聯(lián)合作用下的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)暫態(tài)特性與控制 219
10.1 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型 219
10.2 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)特性分析 222
10.2.1 分析理論與方法 222
10.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與數(shù)值仿真 224
10.2.3 討論 229
10.3 下游調(diào)壓室與變頂高尾水洞聯(lián)合作用下的系統(tǒng)穩(wěn)定性 231
10.4 本章小結(jié) 234
參考文獻(xiàn) 335