水轮机调节系统是影响电力系统运行质量和安全的最重要的控制系统之一。它主要负责电能有功(频率)的调节,以满足电力系统对电能频率的要求。研究水轮机调节系统,寻找理想的控制方式,具有非常重要的意义。本文在分析水轮机调节系统原理的基础上,采用模块化建模方法,把水轮机调节系统划分为压力引水系统、水轮机、发电机、调速器等几个子系统,分别对其进行了机理建模,从而整合起整个系统的数学模型。针对混流式水轮机,归纳分析了常用的全特性曲线的非线性模型、基于内特性解析的非线性模型的特点。利用水轮机的基本动态方程,考虑了水轮机的损耗等非线性因素,建立起了水轮机的解析非线性模型;该模型物理意义清晰,所需参数少且易得;使用该模型对水电机组的启动过程进行了仿真,结果证实了所建模型的有效性。水轮机调节系统是非线性和时变性的系统,其分析计算分为:①大波动过渡过程下的调节保证计算;②小波动情况下的动态分析。在研究小波动情形时,即系统在稳定工作工况点附近小瞬变时,可以把非线性系统进行线性化处理;本文建立了水轮机调节系统的线性化模型,推导了其中的传递系数;对水轮机调节系统的频率扰动和机组突甩负荷工况进行了仿真试验,整定了最佳调节参数;通过动态比较,分析了调节系统参数改变对其动态性能的影响。目前的水轮机微机调速器普遍采用PID调节规律,传统的PID控制无法解决稳定性、准确性和快速性之间的矛盾,要保证系统在各工况下稳定运行,必须采用参数在线自整定技术。本文引入了具有自学习、自适应功能的神经元控制算法,设计了单神经元自适应控制器,仿真结果表明该控制器具有较好的精度、很小的超调量和较强的鲁棒性。