水轮发电机组担任着电力系统调峰调频等任务,对于维持系统稳定和提高电能质量起着非常重要的作用。但另一方面,水电机组又会给电力系统带来低频振荡或超低频振荡风险,威胁电网的稳定运行。因此,有必要对水电机组低频振荡机理进行深入研究,分析其中对系统不利的因素并加以调节控制。本课题以某一具体型号水轮机内特性模型为基础,构建水电机组水机电耦合模型,研究了不同负荷工况下水电机组调节系统对低频振荡的影响,并采用模糊滑模控制策略改善系统的调节品质,确保机组的稳定运行。首先,针对目前水电机组低频振荡研究大多视水轮机机械力矩为常数,忽略其动态变化影响;或仅针对简化模型、单一工况为研究对象的现状,本文建立了包含压力引水管道模型（考虑弹性水击）、水轮机模型、液压伺服系统模型、三阶发电机模型的水电机组调节系统模型,该模型能够较好地反映机组水机电耦合效应。同时,利用水轮机传递系数的内特性解析法,求取了不同负荷工况下水轮机传递系数的取值,以研究不同负荷下系统的振荡稳定特性。其次,基于上述所建立的水电机组调节系统模型,利用阻尼转矩思想,分析了水轮机输出力矩的阻尼特性,指出水轮机向系统提供负阻尼主要由水力系统相位滞后引起。进一步研究了系统的零极点分布,指出水电机组调节系统除了机电振荡模式外,还存在水力振荡模式,且随着稳态负荷的降低,该模式被激发的可能性越大。另外,借助灵敏度分析法,研究了各水轮机传递系数对机电振荡模式的影响程度。最后,为降低水力、电气因素动态变化对系统阻尼造成的不良影响,提出了一种兼顾功角稳定的模糊滑模控制策略。首先,通过将功角与电压变量引入滑模函数的设计,改善控制器输出对系统阻尼的影响,提升系统功角输出的稳定性。在此基础上,以系统机械功率为参考指标,设计了一种基于指数规律调整的变速趋近律,使收敛速度能够随工况变化和运行点状态及时调整。不同工况下的仿真结果表明,提出的控制律在系统受到功率扰动时,能够有效改善水电机组功角振荡行为,抑制系统低频振荡的发生,提高了系统的稳定性和控制器的鲁棒性。