当今能源结构不断变化，需求日益增加，发展水电将成为解决我国能源问题之本。水轮机调节系统的性能决定电力系统安全与稳定，属于高优先级的控制研究范畴，掌握该系统运行规律，并提高水轮机调节系统控制性能，一直是水电领域急需解决的重要问题。本文首先阐述了水轮机调节系统的结构及调速器的结构，分析了其运行特点。通过系统辨识获取系统模型能让人们更清楚地把握系统规律，而辨识的目的在于更好地控制，因此，为提高水轮机调节系统控制性能，需要通过建立和实测系统拟合度高的系统模型，在此基础上对调速控制器参数进行优化。本文在SIMULINK中搭建了基于小波动下的线性水轮机调节系统，赋予其运行参数，并建立了调速器、随动系统、水轮机、压力引水管道、发电机及其负荷的模型结构，据此提出了在小波扰动下的水轮机调节系统进行系统辨识与调速器的PID参数优化的研究方案。通过在MATLAB平台上的函数工具箱，导出实验系统的各环节输入输出数据，利用最小二乘法辨识出系统调速器与及以引水压力系统、水轮机、发电机及其负荷为被控对象的传递函数模型，在SIMULINK中搭建辨识的水轮机调节系统，比较在给定系统频率输入为50Hz下系统仿真实验结果输出曲线和实测系统输出曲线，得到辨识的系统模型与原系统具有相当高的吻合度。另外，为提高系统的控制性能，对上述辨识所得模型进行调速器参数优化，通过编写遗传算法的m文件，以引水压力系统、水轮机、发电机及其负荷作为被控对象进行调速器PID参数优化，通过比较水轮机调节实测系统与优化调速器参数后的系统的阶跃响应输出发现，优化后的系统控制性能得到很大提高。上述设计过程，为提高水轮机调节系统控制性能提供了一种有效方法。