近年来随着我国水电能源的开发重点转移以及跨流域引水工程的发展,流域梯级开发电站和长引水式电站的建设逐渐增多,而这两类电站的引水发电系统常采用无压与有压相结合的复杂引水系统,与传统单一的有压或无压引水系统相比,无压与有压相结合的引水发电系统的过渡过程更加复杂。以往的研究主要注重在无压引水系统过渡过程,或有压引水发电系统的过渡过程的研究,把二者作为一整体进行水机电联合计算的研究成果较少。因此,开展无压与有压相结合引水发电系统的过渡过程的研究具有重要的理论价值和应用前景。本文通过研究无压明渠、有压管道、水轮机调节和电气各子系统数学模型,基于Matlab/Simulink平台建立了无压与有压引水系统相结合的水电站整体数值模型,并利用该仿真模型深入研究了无压与有压引水发电系统的过渡过程。具体的研究内容和成果如下:第一部分,根据无压流与有压流相结合的引水发电系统的特点,把水机电整体系统分成了水力系统、机械系统和电气系统进行程序编制和模型建立,利用仿真建模软件Matlab/Simulink对各个系统进行了可视化建模并封装成子系统模块,增强了模型的通用性和灵活性,最终搭建了无压与有压引水系统相结合的水电站过渡过程仿真计算模型,为后续的分析与研究提供了可靠的工具。第二部分,利用所建立的无压与有压引水系统相结合的水电站过渡过程仿真计算模型,研究了无压与有压引水系统相结合的水电站的大波动、小波动与水力干扰过渡过程,分析了明渠水位波动对引水发电系统过渡过程的影响。结果表明:无压与有压联合仿真计算得出的电站调节保证参数较忽略明渠水位波动影响得到的计算结果更为危险;对于电站的小波动和水力干扰,由于明渠水位波动周期长、衰减慢,在很长时间都将对运行中的机组产生影响,导致机组转速调节过程出现尾波,无压与有压联合仿真计算得出的机组调节时间与忽略明渠影响得出的机组调节时间相比增加较多。第三部分,针对“无压明渠+有压隧洞+调压室+压力管道”这一复杂引水发电系统进行仿真建模,深入分析研究考虑明渠影响和不考虑明渠影响时电站过渡过程的差别和规律,验证了明渠重力波与调压室水体质量波的波动叠加现象,研究了明渠尺寸对波动叠加的影响。研究结果表明:明渠与调压室水位波动叠加的程度大小主要与二者的周期相关,当两种波动周期接近时,过渡过程中调压室水位和明渠水位的波动振幅最大,波动叠加对机组的影响最显著。最后,利用数值仿真模型研究了明渠对带调压室的有压引水系统电站的小波动和水力干扰过渡过程,研究结果表明,考虑明渠影响时调压室波动周期增加,改变了转速尾波的变化过程,机组转速调节时间增加,水轮机系统调节品质下降。本文首先建立了无压与有压引水系统结合的水电站数值仿真整体模型,对无压流与有压流相结合的引水发电系统的过渡过程进行了详细的计算和分析,基于该模型研究了明渠水位波动对电站过渡过程的影响以及明渠重力波与调压室质量波的波动叠加规律,为实际工程中明渠尺寸的设计提供了理论指导,对今后类似的复杂引水发电系统的建设和安全运行具有重要的借鉴价值和应用前景。