1）水轮机调节系统是一个涉及水力、机械、电气和控制的多学科耦合系统，其核心任务是维持水轮发电机组转速（频率）和功率的稳定，同时响应电网负荷变化。

2）本书以作者多年从事水轮机调节理论教学及实践应用的经验为基础，注重理论与实践紧密结合，除了介绍本学科的经典理论、方法外，还介绍了新型控制算法、调速器控制参数的智能优化算法等，易于读者学习并掌握相关理论与技术。

3）本书主要内容包括概述、机械液压调速器、水轮机调节系统计算机控制技术、水轮机调速器的PID控制与智能控制、水轮机调节系统工作分析、水轮机调节系统数学模型、水轮机调节系统动态特性及参数整定、调节保证计算及设备选择，以及水轮机调节系统试验与故障分析。

水轮机调节系统是一个涉及水力、机械、电气和控制的多学科耦合系统，其核心任务是维持水轮发电机组转速（频率）和功率的稳定，同时响应电网负荷变化。本书主要内容涵盖水轮机调节系统的基本概念、机械液压调速器、水轮机计算机控制技术、水轮机调节系统的静态特性与控制功能、水轮机调节系统数学模型、水轮机调节系统动态特性及智能控制技术在调速器参数优化中的应用与实践、调节保证计算及实例，以及水轮机调节系统的试验与故障分析。本书以作者多年从事水轮机调节理论教学及实践应用的经验为基础，注重理论与实践紧密结合，除了介绍本学科的经典理论、方法外，还介绍了新型控制算法、调速器控制参数的智能优化算法等，易于读者学习并掌握相关理论与技术。

本书可供从事水电控制设备研究、设计、制造、安装调试与运行的技术人员使用，也可作为能源与动力类专业本科生、动力工程及工程热物理专业硕士研究生的教材。

江竹，西华大学能源与动力工程学院学术委员会主任委员，教授。主要从事信号处理、故障诊断等领域教研工作。作为项目负责人主持科研项目十余项，其中包括国家重大基础研究（973）项目专题2项，总装备部预研重点基金项目2项，国家重点实验室开放基金2项，其他省部级项目3项。发表论文40余篇，其中SCI/EI检索30余篇。

李正贵，青海理工学院/西华大学教授，博士生导师,享受国务院政府特殊津贴专家、第十二届发明创业奖-人物奖获得者，中国产学研合作奖人物获得者，流体及动力机械教育部重点实验室执行主任。国家自然科学基金项目评委，教育部学位论文评审专家。多年从事水力机械流动机理研究、特种流体机械新产品开发，主持国家重点研发计划项目子课题1项，主研国家重点研发计划项目专题1项、主持完成国家重点工程子项目2项，主持国家自然基金面上项目2项、主持省级科研项目5项，其他科研项目20多项；完成重大技术改造及关键技术攻关23项；发表学术论文160余篇，ESI 6篇，SCI 50余篇，获得国防科技进步奖及其他省部级科技奖6项，获得中央企业科技奖8项。

前言

第1章概述1

1.1水轮机调节的任务1

1.2水轮机调节系统3

1.2.1水轮机调节系统的结构3

1.2.2水轮机调节系统的特点4

1.3自动控制5

1.3.1数学模型5

1.3.2瞬态响应与稳态误差6

1.3.3频率特性8

1.3.4控制系统的稳定性10

1.3.5根轨迹法13

1.3.6控制系统校正15

第2章机械液压调速器18

2.1测量元件19

2.1.1离心摆的工作原理19

2.1.2离心摆的运动方程及传递函数20

2.1.3离心摆的工作参数21

2.2放大元件21

2.2.1放大元件的工作原理21

2.2.2放大元件结构23

2.2.3放大元件静态特性25

2.2.4放大元件动态特性27

2.2.5放大元件框图31

2.3反馈元件34

2.3.1缓冲器结构34

2.3.2缓冲器运动方程34

2.3.3反馈元件运动方程36

2.4水轮发电机组36

2.5电液转换器37

2.6油压装置43

2.6.1分离式油压装置43

2.6.2组合式油压装置49

2.6.3YT型调速器的油压装置50

2.6.4油压装置系列51

第3章水轮机调节系统计算机控制技术52

3.1计算机控制系统概述53

3.1.1计算机控制系统的原理53

3.1.2一般计算机控制系统的组成53

3.1.3计算机控制系统的结构55

3.2微机调速器的工作原理、硬件结构与主要功能58

3.2.1微机调速器的工作原理58

3.2.2微机调速器的硬件结构59

3.2.3微机调速器的主要功能67

3.3微机调速器的频率测量68

3.3.1频率变送器法68

3.3.2数字测频法69

3.3.3微机调速器对频率测量的要求72

3.4微机调速器的调节模式与控制73

3.4.1微机调速器的调节模式73

3.4.2微机调速器的开机控制76

3.4.3微机调速器的停机控制78

3.4.4微机调速器的并网与解列控制79

第4章水轮机调速器的PID控制与智能控制81

4.1水轮机调速器的PID控制81

4.1.1传统PID控制81

4.1.2改进PID控制算法84

4.1.3水轮机调速器的PID控制结构88

4.1.4实际水轮机调速器PID控制算法89

4.2水轮机调速器的智能控制90

4.2.1分数阶理论与分数阶PID控制器90

4.2.2自适应模糊PID控制器91

4.2.3遗传算法及其PID参数整定95

4.2.4粒子群算法及其PID参数整定99

4.2.5灰狼优化算法及其PID参数整定103

第5章水轮机调节系统工作分析106

5.1水轮机调节系统的静态与动态品质指标106

5.2水轮机调节系统的静态与动态特性110

5.2.1调节系统工作特性110

5.2.2调节系统静态特性110

5.2.3调节系统动态特性简化分析112

5.3机组并列运行静态分析117

5.3.1调差机构118

5.3.2转速调整机构121

5.3.3调速器在电力系统调频中的作用124

第6章水轮机调节系统数学模型126

6.1调速器数学模型126

6.2压力引水系统数学模型128

6.3水轮机数学模型131

6.3.1水轮机力矩与流量特性132

6.3.2水轮机的6个传递系数133

6.4发电机数学模型138

6.4.1发电机负载力矩特性138

6.4.2发电机负载自调节系数139

6.5水轮发电机组数学模型142

6.5.1单机运行时水轮发电机组数学模型142

6.5.2并列运行时水轮发电机组数学模型145

第7章水轮机调节系统动态特性及参数整定147

7.1水轮机调节系统动态特性147

7.1.1开环与闭环传递函数147

7.1.2调节系统动态响应特性149

7.1.3调节系统的稳态误差156

7.1.4调节系统的开环动态响应特性157

7.2水轮机调节系统分析159

7.3水轮机调节系统参数整定164

7.3.1极点配置法164

7.3.2运行工况的影响166

7.3.3调速器参数整定的简易估算法168

第8章调节保证计算及设备选择171

8.1调节保证计算的任务和标准171

8.1.1调节保证计算的任务171

8.1.2调节保证计算的标准172

8.2水击压力计算173

8.2.1压力管道内的水击现象173

8.2.2水击压力计算175

8.3转速上升计算180

8.3.1转速上升公式推导180

8.3.2转速上升公式参数确定181

8.3.3示例183

8.3.4推荐公式184

8.4改善大波动过渡过程的措施185

8.4.1增加机组的GD2185

8.4.2设置调压室186

8.4.3装设调压阀186

8.4.4改变导叶关闭规律187

8.4.5装设爆破膜189

8.5调节保证计算实例与分析190

8.5.1调节保证计算步骤190

8.5.2调节保证计算实践190

8.6调节设备选型设计198

8.6.1接力器容量计算及接力器的选择199

8.6.2调速器的选择201

8.6.3油压装置的选择202

8.6.4调速器选型计算实例202

第9章水轮机调节系统试验与故障分析204

9.1水轮机调节系统的主要试验204

9.1.1概述204

9.1.2试验操作206

9.2水轮机调节系统故障分析217

9.2.1故障处理的基本要求217

9.2.2常见故障分类217

9.2.3水轮机调节系统的异常运行方式218

9.2.4调速器控制系统常见故障容错方式219

9.2.5常见故障分析及处理方法220

9.2.6机组空载运行常见故障221

9.2.7机组并网运行中溜负荷223

9.2.8运行中机组自行增负荷224

9.2.9机组并网运行时接力器和出力摆动225

9.2.10配压阀和接力器跳动或抖动225

9.2.11增减负荷不正常226

9.2.12甩负荷异常227

参考文献228