泵作透平用于能量回收是压力能回收领域较早研究开发的技术之一,国内外对能量回收过程中液力透平运行布置方式的研究也已有多年历史。从能源的流通性及可控性考虑,在API610中给出的三种布置方式中,液力透平发电系统无疑是最优的选择。随着社会的发展,对电力的质量要求也更为苛刻,我国电力系统的额定频率为50Hz,频率的允许偏差规定为:电网装机容量在300万k W以上的,为±0.2Hz;电网装机容量在300万k W以下的,为±0.5Hz。为了解决泵作透平发电系统运行不稳定的问题,提升发电品质,本文以泵作透平的运行特点及布置方式为研究对象,采用理论推导与数值试验相结合的方法完成了液力透平发电系统的数学建模及数值仿真,找到了系统的运行规律,确定了系统的最优控制参数,同时也为系统的应用提供了技术支持,缩短了调节时间,节省运行成本。本文的主要研究内容分为以下三部分:(1)液力透平发电系统设计及数学建模通过液力透平运行特点及布置方式的研究,设计了一套可控的液力透平发电系统。通过对系统各模块元器件的研究,推导出了系统的数学模型,提出了用于数值仿真的三种液力透平数学模型,推导了液力透平内特性解析非线性模型,为系统的进一步研究提供了理论依据。(2)液力透平发电系统仿真模型及空载试验利用MATLAB软件建立了系统的数值仿真模型,初步探讨PID各参数对系统的影响。在空载试验中,随着比例系数的增大,系统对激励的响应时间变短,超调量增加;随着积分系数的增大,系统对激励的调整时间变长,超调量增加,振荡过程变长;随着微分系数的增大,系统对激励的响应变快,超调量增加。(3)基于正交试验的系统PID控制参数优化基于已建立的液力透平发电系统的数值仿真模型,通过对控制PID的参数正交试验值的设定,确定最优的系统PID控制参数,试验结果表明:当永态转差系数为0.02、暂态转差系数为0.45、缓冲时间系数为7.0、加速度时间系数为0.3时,系统的响应曲线无超调、无振荡、响应迅速、调节时间短,符合应用要求。