抽水蓄能机组在电力系统中承担调峰调频等重要任务，是保障电力系统安全稳定运行不可或缺的重要部分。抽水蓄能机组调节系统具有时变、非最小相位、强非线性等特点，无法用解析模型精确描述其动态特性。与常规水轮机相比，其启停迅速，工况繁多，工况切换频繁，且低水头运行易进入“S”区，给机组安全稳定运行控制带来巨大挑战。为提高抽水蓄能机组调节系统控制品质，抽水蓄能机组调节系统建模、开机控制优化和控制算法设计一直是国内外学者研究的重点。
　　本文研究了抽水蓄能机组调节系统非线性精细化模型，建立了仿真平台，为控制策略优化和控制算法设计奠定基础；研究了抽水蓄能机组开机策略多目标优化模型与算法，针对单管单机和一管双机两种典型布置形式的电站，分别设计了开机策略的多目标优化方案，致力于提升开机过渡过程性能指标；进一步研究了广义预测控制算法，设计了抽水蓄能机组非线性广义预测控制器，提高了控制器的自适应性和鲁棒性。研究成果对提高我国抽水蓄能机组控制品质和电力系统安全稳定运行水平具有工程应用价值。本文的主要研究工作及创新性成果总结如下：
　　(1)为保证抽水蓄能机组调节系统建模精度，采用改进Suter变换法处理机组原始全特性曲线，以解决原始曲线“S”区特性带来的插值多值性问题，考虑随动装置死区，主配压阀输出限幅，主接力器输出限幅等非线性环节，研究建立单管单机和一管双机布置形式的抽水蓄能机组调节系统非线性精细化仿真平台。
　　(2)针对单管单机布置形式的抽水蓄能电站，以转速超调量和转速上升时间为目标函数，考虑决策变量、振荡次数、开度限制等为约束条件，建立了抽水蓄能机组开机策略多目标优化模型，引入多目标粒子群优化算法，实现了抽水蓄能机组开机控制规律的多目标优化。
　　(3)针对一管双机布置形式的抽水蓄能电站，分析两机组之间的水力干扰，研究相继时间间隔对两机组开机过渡过程的影响，选择1#机组转速超调量和2#转速上升时间为目标函数，充分考虑两机组开机过渡过程各类约束条件，设计了两机组相继开机控制策略的多目标优化方案，改善了一管双机相继开机过渡过程动态品质。
　　(4)围绕抽水蓄能机组非线性广义预测控制算法设计展开研究，在每一采样时刻对调节系统进行瞬时线性化处理，采用遗忘因子递推增广最小二乘法辨识得到CARIMA模型，引入改进型广义预测控制算法，设计基于调节系统的瞬时线性化CARIMA模型的改进型非线性广义预测控制器，提高抽水蓄能机组控制器的自适应性和鲁棒性。