本书主要介绍水力发电系统数值建模方法与稳定性理论，有助于水利工程相关专业科研人员和工程技术人员加深对水力发电系统运行性能的理解，并进一步突破理论研究瓶颈，解决实际工程中遇到的问题。全书共七章，主要内容包括水力发电系统运行性能的研究基础、水轮机调节系统基本模型及随机扰动系统稳定性分析、考虑陀螺效应的水力发电机组轴系建模及振动特性、水力发电机组轴系与水轮机调节系统耦合建模及振动特性、水力发电系统参数不确定性分析、水风光互补发电系统发电可靠性分析、水力发电系统的综合调节优势。
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第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 能源结构现状与发展趋势 2
1.2.1 能源结构大转型下的水电角色 3
1.2.2 能源结构调整水电调节重任 6
1.3 水力发电系统运行稳定性研究 9
1.3.1 水轮机调节系统发电可靠性 9
1.3.2 水力发电机组轴系振动 13
1.3.3 水风光多能互补分析 16
1.4 发电可靠性研究综述 16
1.4.1 敏感性分析 17
1.4.2 可靠性分析 17
1.4.3 经济性分析 19
1.5 本书的主要研究内容 19
参考文献 20
第2章 水轮机调节系统基本模型及随机扰动系统稳定性分析 26
2.1 引言 26
2.2 水轮机调节系统动态模型及随机扰动 27
2.2.1 引水系统动态模型随机扰动 27
2.2.2 水轮机线性化（非线性）动态数学模型及随机扰动 35
2.2.3 同步发电机动态模型随机扰动 45
2.2.4 负荷动态模型随机扰动 48
2.2.5 调速器动态模型 50
2.2.6 励磁系统动态模型 52
2.2.7 水轮机调节系统任务与调节模式 53
2.3 多随机因素下水轮机调节系统稳定性分析 56
2.3.1 随机因素对水轮机调节系统稳定性的影响 56
2.3.2 随机数据统计分析 60
2.4 本章小结 62
参考文献 63
第3章 考虑陀螺效应的水力发电机组轴系建模及振动特性 65
3.1 陀螺效应现象与原理 65
3.2 压力引水系统建模 66
3.2.1 压力引水管道模型 67
3.2.2 边界条件 68
3.3 考虑陀螺效应的水力发电机组轴系建模 71
3.3.1 陀螺效应在水力发电机组中的数学表示 71
3.3.2 考虑陀螺效应的水力发电机组轴系数学建模 73
3.4 考虑陀螺效应的水力发电机组振动特性 81
3.4.1 轴系振动特性 81
3.4.2 频域响应特性 85
3.5 甩负荷过渡过程下的轴系振动特性 88
3.5.1 导叶关闭规律确定 88
3.5.2 振动特性及其影响因素 90
3.6 本章小结 98
参考文献 99
第4章 水力发电机组轴系与水轮机调节系统耦合建模及振动特性 101
4.1 不同传递参数下水力发电机组轴系与水轮机调节系统耦合
统一建模 101
4.1.1 以发电机角速度为传递参数的耦合统一建模 101
4.1.2 以水力不平衡力和水轮机动力矩为传递参数的耦合统一建模 110
4.1.3 以水力激励力为传递参数的耦合统一建模 117
4.2 考虑陀螺效应的水力发电机组轴系与水轮机调节系统耦合建模 125
4.2.1 考虑陀螺效应的水力发电机组轴系建模 125
4.2.2 水力发电机组轴系与水轮机调节系统耦合数学模型 127
4.3 耦合系统的振动特性 130
4.4 本章小结 133
参考文献 134
第5章 水力发电系统参数不确定性分析 135
5.1 引言 135
5.2 数值仿真抽样方法 135
5.3 敏感性分析方法 136
5.3.1 扩展傅里叶幅度检验法 136
5.3.2 索博尔敏感性分析 138
5.4 基于发电机角速度耦合模型参数不确定性分析与模型验证 139
5.4.1 水轮机调节系统与水力发电机组轴系耦合模型参数不确定性
分析与验证 139
5.4.2 不对中量对系统模型状态变量动态演化过程的影响 142
5.4.3 发电机转子形心晃动幅度和不对中量的关系 143
5.5 相继甩负荷工况下水力发电系统模型参数不确定性分析 145
5.5.1 全局敏感性分析 145
5.5.2 模型验证 147
5.5.3 相继甩负荷对管道压力的影响 149
5.5.4 相继甩负荷对调压室涌浪的影响 152
5.5.5 相继甩负荷对转速波动的影响 155
5.6 本章小结 158
参考文献 158
第6章 水风光互补发电系统发电可靠性分析 159
6.1 引言 159
6.2 混合水电/光伏/风电微电网系统建模与参数不确定性分析 161
6.2.1 混合水电/光伏/风电微电网系统建模 161
6.2.2 参数不确定性对水力发电系统发电可靠性的影响 162
6.2.3 水力发电系统参数间相互作用对并网可靠性影响 168
6.2.4 水力发电系统轴系模型验证 170
6.3 水风互补发电系统发电可靠性分析 171
6.3.1 风力发电系统风速模型场景 172
6.3.2 水风互补发电系统互补特性分析 173
6.3.3 水风互补发电系统发电可靠性评估指标 176
6.3.4 水风互补发电系统水力发电机组发电可靠性评估 178
6.4 水风互补混合发电系统的电能质量研究 180
6.4.1 电力系统的电能质量标准 180
6.4.2 不同水风容量配比下互补发电系统的电能质量 181
6.5 本章小结 186
参考文献 187
第7章 水力发电系统的综合调节优势 189
7.1 基于时空尺度水风互补发电资源利用度与平抑性等级评估 189
7.1.1 基于连续小波变换的时间序列多尺度分解 189
7.1.2 基于最小二乘支持向量机的等级评估 192
7.1.3 系统资源利用度与平抑性等级评估模型 193
7.2 水力发电系统在调节风力波动方面的经济性评估 194
7.2.1 综合评价方法 194
7.2.2 水风互补特性分析 196
7.2.3 十四节点网络水风火互补发电系统综合优势分析 197
7.2.4 水风互补发电系统综合调节效益分析 200
7.3 本章小结 202
参考文献 202
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