水轮发电机组控制系统的任务主要是控制机组的转速(频率)及有功功率、机端电压和无功功率的控制等参数。这些任务以往常常是由水轮机调速系统和发电机励磁系统分别控制完成的。在控制系统动态过程中机组转速和机端电压变化是相互影响的,二者存在着耦合关系,所以为了保证整个系统控制目标的最优,两个子控制系统间需要进行复合协调控制,不能简单地按独立系统性能最优来进行设计控制器,而是要按整体系统性能最优进行设计。因此,本文在水轮发电机组传统控制的基础上,运用解耦理论,对水轮发电机组进行复合控制的研究。首先,根据水轮机和发电机的工作特点,分别建立了调速系统和励磁系统的数学模型。其次,由于水轮发电机组控制系统是一个水、机、电耦合系统,从传统控制出发,研究它们的相互协调性,并在此基础上,综合考虑调速系统与励磁系统之间的关系,建立了一个基于传统控制的复合控制模型。为了协调控制对象,采用多变量频域控制理论中逆奈奎斯特阵列法设计了对控制对象进行了复合控制的研究。最后,在MATLAB环境下,利用Simulink模块库中的工具箱,搭建PID控制仿真模型以及复合控制仿真模型,分别进行仿真试验,并将两个仿真模型进行对比。仿真结果表明,当采用水轮发电机组调速与励磁复合控制,能够抑制调速系统和励磁系统相互之间的影响,使控制系统快速稳定,在一定程度上改善控制系统的动态品质。