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

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)工具和動力學(xué)理論開展研究。水電機組就是這樣一個復(fù)雜的水、機、電多場耦合動力學(xué)系統(tǒng)，其建模涉及水力、機械、電氣、動力學(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，對本專業(yè)領(lǐng)域熟悉的對象可采用不同詳細程度的數(shù)學(xué)模型，而對不熟悉的專業(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：水機專業(yè)對發(fā)電機部分不熟悉，研究中大多采用簡化的一階發(fā)電機模型，而電氣專業(yè)不熟悉水機部分，研究中大多假設(shè)水輪機機械力矩不變，或采用剛性水擊下的水輪機簡化模型；另一方面，非線性科學(xué)的快速發(fā)展及其在水電機組相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用成為研究熱點，在一定程度上也導(dǎo)致對水電機組對象特性基礎(chǔ)理論的深入研究。
近年來的許多研究都表明，水電機組涉及的水、機、電三方面的因素相互影響是明顯的，將其作為一個整體納入統(tǒng)一的理論框架下開展研究，可揭示更多的耦合作用機理。因而，將水電機組作為一整體研究其運行控制和穩(wěn)定分析問題已成必然趨勢。而有關(guān)水電機組建模方面尚無論著進行系統(tǒng)的介紹。為便于系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究，本書結(jié)合作者十余年來對水電機組數(shù)學(xué)建模的研究工作，對水電機組建模問題進行了系統(tǒng)的陳述和分析。
本書分為九章，第一章研究對象概述，主要理清暫態(tài)過程研究的主要對象；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；第三章水輪機模型，介紹了傳統(tǒng)的水輪機功率模型和幾種新的功率計算模型；第四章水力系統(tǒng)及水輪機微分方程模型，介紹了剛性和彈性水擊下水輪機非線性微分方程模型，以及復(fù)雜水力系統(tǒng)解耦和多機微分方程的建模問題；第五章水輪機廣義哈密頓建模，采用廣義哈密頓實現(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)電機模型，從動力學(xué)角度建立發(fā)電機微分方程模型，并給出了不同情形下的簡化形式；第七章發(fā)電機哈密頓建模，從發(fā)電機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發(fā)電機哈密頓模型；第八章水力機組軸系模型，采用軸系集中參數(shù)建模方法建立軸系振動的暫態(tài)模型，并轉(zhuǎn)化為廣義哈密頓形式；第九章調(diào)速和勵磁控制單元，簡單介紹了調(diào)速和勵磁控制基本原理和構(gòu)成。
本書內(nèi)容由對傳統(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)基金項目“水力機組主動控制策略研究，51579124”、“水力機組暫態(tài)穩(wěn)定的參數(shù)關(guān)聯(lián)機制及控制策略研究，1179079”、“基于廣義哈密頓理論的水力機組內(nèi)部關(guān)聯(lián)機制與控制策略，50949037”，參與的國家自然科學(xué)基金重點項目“水電站的水機電耦合研究，50839003”，以及其他一些基金項目和部分企業(yè)委托項目的最新成果。一些關(guān)鍵知識點和公式的詳細分析和討論，掌握核心概念和知識細節(jié)是本書的寫作特點，期望讀者對傳統(tǒng)理論學(xué)習(xí)理解的基礎(chǔ)上對發(fā)展趨勢有一定的認(rèn)識。

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)水電站動力設(shè)備專業(yè)，1994年畢業(yè)于河海大學(xué)機電控制及自動化專業(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。
主要從事水力機組的運行穩(wěn)定性與控制策略研究。在理論研究方面，應(yīng)用非線性動力學(xué)、非線性控制理論探索復(fù)雜水力機組及其系統(tǒng)多場耦合條件下，運行穩(wěn)定與控制的動力學(xué)機理。在工程應(yīng)用方面，涉及水力機械及其系統(tǒng)運行穩(wěn)定分析、試驗測試、控制設(shè)計與實現(xiàn)等工程實際問題。
作為項目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項目3項、作為主要成員參與1項國家基金重點項目的研究。2011、2012年作為非政府組織(NGO)世界自然基金會(WWF)的咨詢專Z家參與大型水電站的可持續(xù)性評估等工作。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)略報告》。作為組委會主席組織召開了二屆“計算建模與模擬進展”國際會議。在《Nonlinear Dynamics》、《中國科學(xué)》等期刊以及國際會議發(fā)表論文70余篇，其中SCI、EI收錄50余篇，申請國家發(fā)明專利已獲授權(quán)8項。現(xiàn)為中國動力工程學(xué)會水輪機專委會委員，中國水力發(fā)電工程學(xué)會自動化專委會委員，中國南方計算力學(xué)學(xué)會委員，云南省力學(xué)學(xué)會理事；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）會評專Z家，中國博士后基金會函評專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)及其自動化專業(yè)獲碩士學(xué)位。
主持軍民融合重點項目1項，國家自然科學(xué)基金項目2項，云南省自然科學(xué)基金項目1項，云南省教育廳科學(xué)基金項目1項，參與國家自然科學(xué)基金項目6項，主持和參與多個企業(yè)委托項目的研究。在《Nonlinear Dynamics》等雜志及國際會議發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，其中SCI、EI收錄近30余篇，獲得云南省科技進步獎三等獎1項（4），授權(quán)專利2項。主持校J精品課程1項，獲校J教學(xué)成果獎2項，伍達觀教育基金“優(yōu)秀教師獎”1項。
主要科研方向為發(fā)電機組的穩(wěn)定控制及其對電網(wǎng)的影響。理論方面主要研究非線性控制理論在發(fā)電機穩(wěn)定控制及對電網(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)電機及其系統(tǒng)的多場耦合特性、運行穩(wěn)定性，風(fēng)光水多能協(xié)同下的機組穩(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)電機系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析、控制設(shè)計、試驗測試，以及變電站、電網(wǎng)方面實際工程的工程技術(shù)問題。

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