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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△X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△X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