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本書分為九章，按水力系統(tǒng)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、軸系、機(jī)組控制五個(gè)水電機(jī)組單元組織，從經(jīng)典模型的歸納分析，到新近建模理論成果進(jìn)行了系統(tǒng)的陳述，并結(jié)合仿真進(jìn)行分析說明。

復(fù)雜工程系統(tǒng)研究的一般方法是將其分解為多個(gè)子系統(tǒng)并抽象為數(shù)學(xué)模型，利用各種數(shù)學(xué)工具和動(dòng)力學(xué)理論開展研究。水電機(jī)組就是這樣一個(gè)復(fù)雜的水、機(jī)、電多場耦合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其建模涉及水力、機(jī)械、電氣、動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域。一方面，由于學(xué)科跨度較大，不同專業(yè)和學(xué)科領(lǐng)域的研究者，對(duì)本專業(yè)領(lǐng)域熟悉的對(duì)象可采用不同詳細(xì)程度的數(shù)學(xué)模型，而對(duì)不熟悉的專業(yè)領(lǐng)域，所采用的數(shù)學(xué)模型大多為局部簡化模型，例如：水機(jī)專業(yè)對(duì)發(fā)電機(jī)部分不熟悉，研究中大多采用簡化的一階發(fā)電機(jī)模型，而電氣專業(yè)不熟悉水機(jī)部分，研究中大多假設(shè)水輪機(jī)機(jī)械力矩不變，或采用剛性水擊下的水輪機(jī)簡化模型；另一方面，非線性科學(xué)的快速發(fā)展及其在水電機(jī)組相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)，在一定程度上也導(dǎo)致對(duì)水電機(jī)組對(duì)象特性基礎(chǔ)理論的深入研究。
近年來的許多研究都表明，水電機(jī)組涉及的水、機(jī)、電三方面的因素相互影響是明顯的，將其作為一個(gè)整體納入統(tǒng)一的理論框架下開展研究，可揭示更多的耦合作用機(jī)理。因而，將水電機(jī)組作為一整體研究其運(yùn)行控制和穩(wěn)定分析問題已成必然趨勢。而有關(guān)水電機(jī)組建模方面尚無論著進(jìn)行系統(tǒng)的介紹。為便于系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究，本書結(jié)合作者十余年來對(duì)水電機(jī)組數(shù)學(xué)建模的研究工作，對(duì)水電機(jī)組建模問題進(jìn)行了系統(tǒng)的陳述和分析。
本書分為九章，第一章研究對(duì)象概述，主要理清暫態(tài)過程研究的主要對(duì)象；第二章水力系統(tǒng)基本模型，介紹了經(jīng)典的特征線方法和傳遞函數(shù)描述方法；第三章水輪機(jī)模型，介紹了傳統(tǒng)的水輪機(jī)功率模型和幾種新的功率計(jì)算模型；第四章水力系統(tǒng)及水輪機(jī)微分方程模型，介紹了剛性和彈性水擊下水輪機(jī)非線性微分方程模型，以及復(fù)雜水力系統(tǒng)解耦和多機(jī)微分方程的建模問題；第五章水輪機(jī)廣義哈密頓建模，采用廣義哈密頓實(shí)現(xiàn)理論建立剛性水擊和彈性水擊下的哈密頓模型；第六章發(fā)電機(jī)模型，從動(dòng)力學(xué)角度建立發(fā)電機(jī)微分方程模型，并給出了不同情形下的簡化形式；第七章發(fā)電機(jī)哈密頓建模，從發(fā)電機(jī)的拉格朗日體系出發(fā)轉(zhuǎn)化為廣義哈密頓模型，并給出了簡化方式和水電站局部多機(jī)發(fā)電機(jī)哈密頓模型；第八章水力機(jī)組軸系模型，采用軸系集中參數(shù)建模方法建立軸系振動(dòng)的暫態(tài)模型，并轉(zhuǎn)化為廣義哈密頓形式；第九章調(diào)速和勵(lì)磁控制單元，簡單介紹了調(diào)速和勵(lì)磁控制基本原理和構(gòu)成。
本書內(nèi)容由對(duì)傳統(tǒng)理論的梳理和作者課題組的研究成果組成。相關(guān)研究成果主要來源于作者承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“水力機(jī)組主動(dòng)控制策略研究，51579124”、“水力機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)機(jī)制及控制策略研究，1179079”、“基于廣義哈密頓理論的水力機(jī)組內(nèi)部關(guān)聯(lián)機(jī)制與控制策略，50949037”，參與的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“水電站的水機(jī)電耦合研究，50839003”，以及其他一些基金項(xiàng)目和部分企業(yè)委托項(xiàng)目的最新成果。一些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和公式的詳細(xì)分析和討論，掌握核心概念和知識(shí)細(xì)節(jié)是本書的寫作特點(diǎn)，期望讀者對(duì)傳統(tǒng)理論學(xué)習(xí)理解的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)展趨勢有一定的認(rèn)識(shí)。

曾云，男，1965年3月出生，博士，教授/博導(dǎo)。1985年畢業(yè)于昆明理工大學(xué)水電站動(dòng)力設(shè)備專業(yè)，1994年畢業(yè)于河海大學(xué)機(jī)電控制及自動(dòng)化專業(yè)，2008年河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)獲工學(xué)博士學(xué)位。2010年到英國阿伯丁大學(xué)合作研究一年。
主要從事水力機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性與控制策略研究。在理論研究方面，應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)、非線性控制理論探索復(fù)雜水力機(jī)組及其系統(tǒng)多場耦合條件下，運(yùn)行穩(wěn)定與控制的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。在工程應(yīng)用方面，涉及水力機(jī)械及其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定分析、試驗(yàn)測試、控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等工程實(shí)際問題。
作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)、作為主要成員參與1項(xiàng)國家基金重點(diǎn)項(xiàng)目的研究。2011、2012年作為非政府組織(NGO)世界自然基金會(huì)(WWF)的咨詢專Z家參與大型水電站的可持續(xù)性評(píng)估等工作。2014年參與國家自然科學(xué)基金委編寫：《十三五水力裝備學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》。作為組委會(huì)主席組織召開了二屆“計(jì)算建模與模擬進(jìn)展”國際會(huì)議。在《Nonlinear Dynamics》、《中國科學(xué)》等期刊以及國際會(huì)議發(fā)表論文70余篇，其中SCI、EI收錄50余篇，申請(qǐng)國家發(fā)明專利已獲授權(quán)8項(xiàng)。現(xiàn)為中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)水輪機(jī)專委會(huì)委員，中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)自動(dòng)化專委會(huì)委員，中國南方計(jì)算力學(xué)學(xué)會(huì)委員，云南省力學(xué)學(xué)會(huì)理事；2017年成為國家自然科學(xué)基金委水利科學(xué)與海洋工程學(xué)科（E09）會(huì)評(píng)專Z家，中國博士后基金會(huì)函評(píng)專Z家，水利部水資源論證專Z家。

錢晶，女，1967年6月出生，碩士，教授。1989年畢業(yè)于華中科技大學(xué),電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，2000年四川大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)獲碩士學(xué)位。
主持軍民融合重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，云南省教育廳科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，參與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目6項(xiàng)，主持和參與多個(gè)企業(yè)委托項(xiàng)目的研究。在《Nonlinear Dynamics》等雜志及國際會(huì)議發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，其中SCI、EI收錄近30余篇，獲得云南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)（4），授權(quán)專利2項(xiàng)。主持校J精品課程1項(xiàng)，獲校J教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)，伍達(dá)觀教育基金“優(yōu)秀教師獎(jiǎng)”1項(xiàng)。
主要科研方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定控制及其對(duì)電網(wǎng)的影響。理論方面主要研究非線性控制理論在發(fā)電機(jī)穩(wěn)定控制及對(duì)電網(wǎng)的影響。近年的研究方向主要是應(yīng)用廣義哈密頓系統(tǒng)理論研究多場耦合條件下發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)的多場耦合特性、運(yùn)行穩(wěn)定性，風(fēng)光水多能協(xié)同下的機(jī)組穩(wěn)定控制理論及其分析方法等。工程應(yīng)用方面，主要涉及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行分析、控制設(shè)計(jì)、試驗(yàn)測試，以及變電站、電網(wǎng)方面實(shí)際工程的工程技術(shù)問題。

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