现代电力系统中,水电站因其运行灵活的特点而承担主要的电网调峰调频任务。水轮发电机组的运行方式主要有孤立电网运行和并大电网运行,其中前者是一种事故性的和暂时的运行方式,而后者是主要的运行方式。对于带调压室水电站,前人对其调节系统稳定性和调节品质有大量的研究。但是,对于孤网运行下的带调压室电站的水轮机调节系统,其稳定域饱和特性及其机理的研究很少。对于并网运行的水轮机调节系统,有些对电网模型的处理较为简化,忽略了电网调节参数的作用,针对电网对系统稳定性和调节品质的改善作用及其机理的研究较少且多为数值模拟,缺乏理论上的分析。为弥补以上不足,本文就以下三方面内容进行展开:1孤网条件下带调压室的水轮机调节系统稳定域饱和特性及其机理分析建立带调压室孤网运行的水电站水力-调速系统完整的数学模型,推导出综合传递函数,再由综合传递函数求得描述调节系统动态特性的高阶线性常系数齐次微分方程,据此微分方程的特征方程,再结合霍尔维茨(Hurwitz)判据得到的系统稳定条件,得到了孤网条件下的系统稳定域的解析式,分析了孤网条件下带调压室的水电站的稳定域的饱和特性并揭示其机理;提出调压室饱和断面的概念,给出了一种有效的调压室饱和断面积的求解方法,并对调压室饱和断面做了影响因素分析;基于对调压室饱和断面的预判,得出带调压室的孤网系统稳定域的近似解析表达式,得到相关结论。2并网条件下水轮机调节系统模型的降阶处理建立包含电网作用的完整的数学模型,从该数学模型出发推求并网条件下水轮机调节系统的综合传递函数。针对并网条件下水轮机调节系统的综合传递函数阶数太高(5阶以上)而无法解析求解这一情况,提出保留尾波、保留主波的两种降阶方法,将系统阶数降到可以解析求解的程度;由降阶后的综合传递函数得到机组转速信号的拉普拉斯变换式,进而推求出机组转速时域响应波动方程;根据并入不同电网的系统转速波动特点的不同,对电网类型进行分类,并提出电网类型分类的判断依据。3基于降阶模型的并网条件下水轮机调节系统稳定性与调节品质研究在保留尾波的降阶模型基础上对稳定域进行解析求解,分析电网参数对稳定域的影响;根据降阶后的综合传递函数推导出了考虑电网特性的调压室临界稳定断面积公式,再从该稳定断面积公式的角度出发,阐述了电网对调节品质的改善作用及其机理;再根据转速波动方程求得了衡量系统调节品质的特征参数的表达式,用数学语言描述了水、机、电三个子系统的相互作用的内在机理,分析比较了水力参数、机械参数、电网参数对特征参数的影响作用,得出水、机、电三个子系统对调节系统稳定性的影响规律;此外,还讨论了调速器的调节模式、负载扰动类型以及电网频率扰动类型对系统频率响应的影响。