本书全面系统地介绍抽水蓄能机组过渡过程的基本理论、数值模拟、模型试验和原型观测，并列出我国数十台不同比转速水泵水轮机全特性曲线和数座抽水蓄能电站的基本资料、实测数据与模拟结果。全书分为12章，从水泵水轮机全特性空间曲面的构建与变化规律、基于水泵水轮机全特性空间曲面的过渡过程数值模拟与分析、基于水泵水轮机反S特性及脉动特性的导叶关闭规律优化、抽水蓄能电站调压室设置条件与输水管道系统布置准则、抽水蓄能机组过渡过程模型试验与实测反演分析五个方面进行深入浅出地论述，绝大多数内容是武汉大学“水电站过渡过程与控制”课题组近年的研究成果，为解决抽水蓄能机组过渡过程设计和运行面临的主要难题提供理论依据、分析手段和工程措施。
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第1章 水泵水轮机全特性空间曲面表征与构建 1
1.1 水泵水轮机全特性的表征方式 1
1.1.1 四象限全特性平面表征方式 1
1.1.2 单位参数为纵横坐标的全特性平面表征方式 4
1.1.3 全特性空间曲面的表征方式 4
1.2 全特性NURBS曲面重建与外延理论 5
1.2.1 曲线与曲面的参数表达 5
1.2.2 NURBS基本概念 6
1.2.3 曲面拟合参数优化算法 8
1.2.4 全特性曲面开度内插 12
1.2.5 全特性曲面开度线外延 12
1.3 实例分析 17
1.3.1 重构曲面对原始数据点逼近精度分析 21
1.3.2 重构曲面内插开度线精度分析 23
1.3.3 重构曲面外延开度线精度分析 26
参考文献 29
符号说明 30
第2章 水泵水轮机全特性变化规律 34
2.1 全特性曲线数据库建立 34
2.1.1 水泵水轮机特征参数标准化 34
2.1.2 数据库建立 35
2.2 全特性曲线特征点的变化规律 37
2.2.1 全特性曲线特征点与比转速 37
2.2.2 回归分析基本理论 37
2.2.3 高效点单位参数与比转速的统计性分析 38
2.2.4 坐标交点单位参数与比转速的统计性分析 40
2.3 全特性空间曲面特征交线的变化规律 41
2.3.1 特征交线定义与提取 41
2.3.2 特征交线理论公式推导和理想化处理 44
2.3.3 任意比转速特征交线构造 50
2.3.4 特征交线变化规律 54
参考文献 54
符号说明 55
第3章 任意比转速水泵水轮机全特性曲线构造 59
3.1 全特性多区间的空间变换 60
3.1.1 全特性曲线分区与标准化 60
3.1.2 全特性曲线的空间变换 61
3.2 任意比转速全特性曲线的构造方法 64
3.2.1 四维数据建立与插值 64
3.2.2 全特性曲线的逆变换与构造结果 65
3.2.3 反S曲线处理 67
3.3 基于Java与Matlab混合编程实现全特性曲线的构造 69
3.3.1 Java和Matlab混合编程原理 69
3.3.2 全特性构造系统的设计 69
参考文献 71
符号说明 72
第4章 基于全特性空间曲面过渡过程的数学模型 74
4.1 基于空间曲面的水轮发电机组过渡过程的数学模型 75
4.1.1 有压管道非恒定流方程 75
4.1.2 发电机一阶方程 76
4.1.3 导叶运动方程或调速器方程 76
4.1.4 水轮机特性方程 79
4.2 基于转速偏差函数且给定导叶开度的机组边界条件求解 80
4.2.1 求解流程 80
4.2.2 Ω的单调性及在搜索边界的符号判别 81
4.3 实例分析 86
参考文献 88
符号说明 89
第5章 水泵水轮机反S特性与机组过渡过程 93
5.1 水泵水轮机反S特性形成机理与测量 93
5.1.1 反S特性形成机理 93
5.1.2 反S特性曲线测量 99
5.2 反S特性与飞逸稳定性的内在联系 101
5.2.1 数学模型 101
5.2.2 波动解析分解 102
5.2.3 飞逸稳定性及影响因素 104
5.2.4 模型试验及与数值模拟的对比 107
5.2.5 小结 108
5.3 反S特性与甩负荷水击压强的内在联系 108
5.3.1 数学模型 109
5.3.2 反S区过渡过程特性 111
5.3.3 反S特性与水击压强关联性 112
5.3.4 小结 114
参考文献 114
符号说明 116
第6章 基于反S特性的运行稳定性及调节品质 119
6.1 水泵水轮机调节系统的线性数学模型 119
6.1.1 输水管道子系统的水击模型 119
6.1.2 水轮机模型 123
6.1.3 调速器模型 126
6.1.4 发电机负荷模型 128
6.2 水轮机工作区域的稳定性 129
6.2.1 依据林纳德奇帕特判据的稳定性分析 129
6.2.2 采用非线性数学模型进行稳定性验证及调节品质分析 131
6.3 水泵水轮机空载稳定性 137
6.3.1 空载点的水轮机调节系统数学模型 137
6.3.2 空载工况波动特性分析 139
6.3.3 空载扰动数值仿真 141
参考文献 142
符号说明 143
第7章 水泵水轮机过渡过程中脉动压强的数值模拟 146
7.1 实测压强波动信号的时频和频域分析 147
7.1.1 实测压强波动信号的时域分析 147
7.1.2 实测压强波动信号的频域分析 151
7.2 利用水泵水轮机模型试验脉动压强等值线图的脉动压强的模拟方法 152
7.2.1 脉动压强等值线的分布特点及外延 153
7.2.2 脉动压强等值线的内插算法 154
7.3 实例分析及对过渡过程中脉动压强的几点认识 157
参考文献 164
符号说明 165
第8章 基于反S特性及脉动压强的导叶关闭规律优化 168
8.1 基于反S特性与脉动压强的水轮机甩负荷工况导叶关闭规律优化理论 168
8.1.1 时间步长内水头平方根X的变化规律的理论分析 169
8.1.2 时间步长内工况点移动有向线段的分类及ΔX符号变化 171
8.1.3 机组甩负荷导叶拒动工况轨迹线分区与X变化分析 173
8.1.4 机组甩负荷导叶关闭条件下轨迹线夹角变化对各分区ΔX的影响 174
8.1.5 基于反S特性的导叶关闭规律的优化原则 176
8.2 各种导叶关闭规律的对比分析 183
8.2.1 直线关闭规律与先快后慢的两段折线关闭规律 183
8.2.2 延时+快关及先慢后快两段折线关闭规律、快关+延时+快关的三段折线关闭规律 186
8.2.3 球阀与导叶联动的关闭规律 187
8.2.4 导叶不同步装置及关闭规律 189
8.2.5 水轮机工况各种导叶关闭规律的应用情况 192
8.3 水泵断电工况特点及导叶关闭规律优化 193
8.3.1 水泵工况初始开度的选择 193
8.3.2 水泵断电工况过渡过程的轨迹线与导叶关闭规律的优化 194
8.3.3 水泵断电工况导叶关闭规律的应用情况 196
参考文献 196
符号说明 197
第9章 抽水蓄能机组水力干扰与相继甩负荷 200
9.1 水力干扰过渡过程 200
9.1.1 水力干扰数学模型 200
9.1.2 水力干扰模拟与分析 205
9.1.3 原型试验验证 214
9.1.4 小结 216
9.2 抽水蓄能机组相继甩负荷 217
9.2.1 数学模型 217
9.2.2 相继甩水击压强上升机理 221
9.2.3 验证与工程措施 223
9.2.4 小结 225
参考文献 226
符号说明 227
第10章 抽水蓄能电站调压室水力设计 231
10.1 基于调节保证控制的抽水蓄能电站调压室设置条件 231
10.1.1 抽水蓄能机组过流特性 231
10.1.2 快速减小段流量变化过程的模拟及流量有效减小时间Ts的推导 232
10.1.3 上游调压室设置条件及工程实例 236
10.1.4 下游调压室设置条件及工程实例 240
10.2 “引水道上下游双调压室”系统的运行稳定性 242
10.2.1 基本方程与波动稳定条件 242
10.2.2 稳定域变化的一般规律 243
10.2.3 稳定断面的设计准则与要点 247
10.3 连接管对“引水道调压室”系统运行稳定性的影响 248
10.3.1 长连接管调压室稳定断面的推导 248
10.3.2 动态调节品质分析 252
参考文献 254
符号说明 256
第11章 抽水蓄能机组过渡过程模型试验 262
11.1 模型试验设计 262
11.1.1 输水管道系统模型相似率 262
11.1.2 调压室模型相似率 264
11.1.3 水泵水轮机模型相似率 265
11.1.4 调速器模型相似率 266
11.1.5 发电机/电动机模型相似率 268
11.1.6 正态模型相似率与变态模型相似率 269
11.2 模型试验装置 270
11.2.1 模型管道与循环水道设计 271
11.2.2 模型抽水蓄能机组 272
11.2.3 电气与控制系统 274
11.2.4 量测系统 275
11.3 模型试验结果 277
11.3.1 水泵水轮机反S特性的动态测试 277
11.3.2 飞逸稳定性试验 278
11.3.3 机组甩负荷试验 280
11.3.4 两台机组相继甩负荷试验 281
11.3.5 导叶关闭规律试验 282
参考文献 283
符号说明 284
第12章 抽水蓄能机组调试试验与反演预测分析 288
12.1 调试试验与反演预测分析的基本要求 288
12.1.1 测试的物理量及相应测点的布置 288
12.1.2 传感器的类型、精度、量程与频率的选取 290
12.1.3 数据采集 292
12.2 反演及预测计算分析 293
12.2.1 反演预测计算所需资料 293
12.2.2 反演计算分析 301
12.2.3 预测计算分析 303
12.3 工程实例分析 305
12.3.1 黑麋峰抽水蓄能电站调试试验结果的时频分析 305
12.3.2 洪屏抽水蓄能电站调试试验反演及预测分析 311
参考文献 319
符号说明 320
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