水轮机调节系统是一个复杂的非线性控制系统,具有水机电相互制约和影响的特点,其性能的好坏直接关系着整个电力系统的安全运行与提供电能的品质。近年来,随着水电工程建设在我国西南地区的持续推进,受地形地貌的影响,长引水隧洞水电站的建设以及投运必不可少,但它的运行使用给整个水轮机调节系统的水力过渡过程分析带来了新的问题和挑战。本文主要针对长引水隧洞高水头大容量机组过渡过程缓慢并可能导致机组功率振荡的特殊问题,进行了相关研究并取得了一些有益成果。论文首先对整个水力发电系统进行模块划分,具体包括压力管道、水轮机、调速器、发电机及负载等几个部分,然后将各个部分的传统模型进行了优化、整合,建立起了完整的水机电耦合系统的优化模型。对压力管道模型采用改进后的特征线法进行了优化,有效解决了在仿真采样时水力系统和机械系统周期难以统一的问题,并达到了周期可根据需要具体设定的要求,使仿真效果更加符合实际。水轮机建模应用其综合特性曲线及飞逸特性曲线,以BP神经网络的方法进行了拟合,使非线性模型数据得到了拓延。此外,还根据机组接入系统时的动态运行特性,建立了发电机和负载一阶模型。然后,结合天生桥水电站实际管道和机组特性,建立了该电站的完整数学模型,并在Matlab/simulink仿真平台上加以实现。针对搭建好的水机电耦合系统模型,进行了额定水头下的空载±4%额定频率扰动试验、50%额定负荷甩负荷试验,试验验证了模型的正确性,并研究了调速器比例、微分和积分增益参数对调速系统调节过程的影响,为调速器相关参数的取值提供了一定的理论指导。接着,针对天生桥电厂引水管道过长引起的增负荷调节过程缓慢问题,根据安全运行原则,将提出的预优化控制策略,针对电厂在增减负荷时的各种具体情况,在系统模型上进行了仿真试验。仿真表明,通过不同机组间负荷的相互配合关系和利用调压井水位波动周期,在机组增减负荷时错开一定周期,可使增减负荷时引起的水位波动正负相消,从而实现控制水位、加快过渡过程速度的目的。为进一步验证仿真结果,选取了单向增负荷50%和减负荷50%两种负荷调节工况模式,以电厂现场机组监控系统的录波数据进行对比,结果表明,本文所建模型及系统精确度满足课题仿真研究分析要求,结果可信。在此基础上,给出了电厂新的增减负荷优化策略方案,并在仿真过程中对过渡过程中的调压井水位、机组频率、蜗壳压力等各项数据进行了逐一分析,与原有策略方案相比,新策略方案更具有过渡过程时间短、水位波动幅度小等优越性。最后,对天生桥电厂实际发生的功率振荡问题进行了分析和仿真,给出了初步结论,实证了长引水隧洞大容量高水头机组进行负荷调节控制策略优化的迫切必要性和重要现实价值。