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第1章 水轮机调节系统1

1.1水轮机调节系统的组成1

1.1.1水轮机调节系统的结构框图1

1.1.2被控制系统2

1.1.3水轮机控制系统3

1.2水轮机调节系统的任务和特点6

1.2.1水轮机调节系统的任务6

1.2.2水轮机调节的实质8

1.2.3水轮机调节系统的特点8

1.2.4手动水轮机调节10

1.3水轮机控制系统的发展历程11

1.3.1水轮机机械液压调速器11

1.3.2水轮机电气液压调速器13

1.3.3水轮机微机调速器16

1.3.4基于现场总线的全数字式微机调速器27

1.4水轮机调节技术的现状及发展趋势29

1.4.1我国水轮机调节技术现状29

1.4.2我国水轮机调节技术发展趋势30

思考题31

第2章 水轮机调节系统的静态特性和控制功能32

2.1水轮机微机调速器的静态特性34

2.1.1微机调速器静态特性的主要技术参数34

2.1.2微机调节器的主要输入、输出参量36

2.1.3微机调速器的永态差值环节及入工开度和功率死区环节38

2.1.4微机调速器的积分环节输入量38

2.1.5微机调速器的调节模式40

2.1.6单调整水轮机微机调速器的静态特性分析42

2.1.7双调整水轮机微机调速器的协联特性分析49

2.2被控制系统静态特性51

2.3水轮机调节系统静态特性55

2.3.1水轮机调节系统的静态特性55

2.3.2空载工况下调整频率给定和开度给定的定性分析57

2.3.3水轮机调节系统的功率调节58

2.4电网负荷频率控制与水轮机调速器61

2.5水轮机调节系统控制功能65

2.5.1水轮机调节系统的工作状态及其转换过程65

2.5.2水轮机调节系统的运行方式69

2.5.3水轮机调节系统的故障诊断70

2.5.4冲击式水轮机喷针的控制70

2.5.5抽水蓄能水轮机的控制71

2.6水轮机调节系统试验数据的回归分析73

2.6.1一元线性回归分析方法73

2.6.2水轮机调节系统静态特性试验的一元线性回归分析75

思考题76

第3章 水轮机调节系统的动态特性77

3.1被控制系统的动态特性79

3.1.1被控制系统的参数79

3.1.2水轮机的传递系数结构图82

3.1.3引水系统的动态特性83

3.1.4发电机及负荷动态特性84

3.1.5刚性水锤下被控制系统的动态结构图84

3.1.6刚性水锤下调节对象的动态特性仿真曲线85

3.2水轮机微机调速器的动态特性87

3.2.1水轮机微机调速器的调节规律87

3.2.2加速度-缓冲型微机调速器的动态特性87

3.2.3PID型微机调速器的动态特性94

3.2.4速动时间常数99

3.2.5PID调节的离散算法100

3.2.6功率（开度）前向通道开环增量环节的作用104

3.3水轮机调节系统的动态特性106

3.3.1机组空载转速摆动特性106

3.3.2甩100％额定负荷特性106

3.3.3接力器不动时间107

3.4水轮机调速器与电网一次调频109

3.4.1电网的调频109

3.4.2电网一次调频工况机组功率增量Δp与电网频率偏差Δf之间的特性110

3.4.3水轮机调节系统一次调频试验112

3.5水轮机调节系统状态空间方程和稳定性分析113

3.5.1水轮机调节系统的状态空间方程113

3.5.2缓冲型（PI）调速器的水轮机调节系统的状态方程115

3.5.3采用加速度-缓冲型微机调速器的水轮机调节系统的状态方程117

3.5.4采用PID型微机调速器的水轮机调节系统状态方程118

3.5.5调节系统的稳定性和相对稳定性120

3.6水轮机调节系统PID参数的整定和适应式变参数调节124

3.6.1空载工况bt、Td、Tn的推荐初始参数124

3.6.2空载工况KP、KI、KD的推荐初始参数126

3.6.3其他工况下推荐的PID参数128

3.6.4水轮机调节系统的适应式变参数调节129

思考题132

第4章 微机调节器133

4.1微机调节器概述133

4.1.1微机调节器结构133

4.1.2选择微机控制器的原则134

4.1.3微机调节器的频率测量137

4.1.4微机调节器的单机／双机配置137

4.1.5人机交互界面137

4.1.6通信接口138

4.1.7用户软件138

4.1.8主要控制器简介138

4.2微机控制器的单元和模块139

4.2.1典型的微机控制器139

4.2.2数字量输入模块140

4.2.3数字量输出模块142

4.2.4模拟量I／O模块144

4.2.5功能模块146

4.3水轮机微机调速器的频率测量149

4.3.1频率测量的基本原理149

4.3.2基于微机控制器高速计数模块的频率测量152

4.3.3基于静态频差和动态频差的微机控制器频率测量155

4.3.4齿盘测频157

4.4微机调节器的双机交叉冗余容错原理159

4.4.1独立的双微机控制器冗余控制结构159

4.4.2双微机控制器交叉冗余控制结构160

4.5微机调节器的程序编制162

4.5.1微机调速器的程序总体框图163

4.5.2调节模式和工作状态程序框图164

4.5.3微机调速器的PID调节程序167

4.5.4编制微机调速器程序注意事项168

思考题169

第5章 微机调速器机械液压系统170

5.1微机调速器机械液压系统原理170

5.1.1微机调速器的机械液压系统170

5.1.2大型微机调速器的机械液压系统原理171

5.1.3中、小型微机调速器的机械液压系统原理171

5.2微机调速器的电液转换器172

5.2.1电机驱动机械位移输出型电液转换器173

5.2.2方向及流量输出型电液转换器175

5.2.3数字阀178

5.3微机调速器的主配压阀182

5.3.1主配压阀的主要技术要求182

5.3.2液压控制型主配压阀184

5.3.3机械位移控制型主配压阀186

5.3.4主配压阀容量估算及选择188

5.4微机调速器的机械开度限制机构190

5.5微机调速器的紧急停机阀194

5.6微机调速器的导叶分段关闭装置195

5.7微机调速器的事故配压阀197

5.8微机调速器典型机械液压系统198

5.9水轮机调速器的油压装置208

思考题218

第6章 水轮机调节系统建模及仿真219

6.1基于MATLAB的水轮机调节系统的仿真模型219

6.1.1水轮机调节系统的MATLAB基本仿真模块219

6.1.2水轮机调节系统的仿真模型223

6.1.3M-File程序实例224

6.2空载频率波动和空载扰动过程仿真226

6.2.1空载频率波动过程仿真226

6.2.2空载扰动过程仿真230

6.3机组甩100％额定负荷过程仿真237

6.3.1PID参数对甩100％额定负荷动态过程影响的仿真237

6.3.2机组及引水系统参数对甩100％额定负荷动态过程影响的仿真239

6.4接力器不动时间的仿真240

6.5水轮机调节系统一次调频仿真243

6.5.1一次调频仿真原理243

6.5.2积分增益KI取值对于电网一次调频的动态过程影响的仿真245

6.5.3比例增益KP取值对于电网一次调频的动态过程影响的仿真246

6.5.4接力器最短开机和关机时间Tf取值对于电网一次调频的动态过程影响的仿真247

6.5.5机组和电网惯性时间常数Ta取值对于电网一次调频的动态过程影响的仿真247

6.6孤立电网运行特性仿真249

思考题255

附录 YT系列机械液压调速器256

F.1YT系列机械液压调速器的结构256

F.2YT系列机械液压调速器的组成257

F.3YT系列机械液压调速器的主要特点和组成部分260

F.4调速器各机构动作原理说明267

F.5YT系列机械液压调速器的静态和动态特性274

思考题276

参考文献277