贯流式水轮机是一种比传统的混流式、轴流式和其它冲击式水轮机出现的都要晚的多的水轮机。其主要特点是适应低水头水力资源的开发,同时其流量又较大,带来这类水轮机的比速较高。所以这类水轮机的飞轮力矩较小,在甩负荷过渡过程中升速较快,同时,由于其水头低、流量大,这类水轮机具有较大的水流惯性常数。而水力发电系统由于其涉及到复杂的流体、机械和电气相交互的各类问题影响,整个系统的非线性特征极其突出。对于常见的水轮机控制器而言,其采用的多是PID控制方法,这类方法很难解决水力发电系统在运行中的非线性因素,所以在此基础上利用一种多指标非线性控制方法对系统的状态方程进行变换,以期获得一种能适用于硬件设备的控制律。而这里提到的控制方法能在非线性系统的某些局部获得完全或者部分线性化的稳态平衡点,求解出全新的控制律,能在一定程度上提升控制性能。借助于这种控制方法能很好的解决电力系统中的非线性模型的一些控制问题。由于传统的传递函数方法在贯流式水轮机的建模上面比较困难,所以本文借助了一种在水力工程设计与计算中比较常用的状态方程来辅助获得相关参数,这类方法一般很少出现在电力系统的水轮机建模之中。利用水力机械过渡过程计算中的水轮机状态方程,结合水轮机的传递函数,通过一些已知的运行点,在缺少水轮机特性曲线的情况下,借助过渡过程方程求解出所需的运行点其余参数,利用这些运行点的参数来求解出状态方程的系数,就可以获得一个可以求解的贯流转桨式水轮机的仿真模型。接下来找到桨叶和导叶协联控制的关系。结合二阶的发电机方程共同形成一个多输入多输出的非线性状态方程。再利用这种多指标非线性控制方法求解出一个非线性控制律。最后,建立在不同控制方法下的水轮机仿真模型,利用MATLAB仿真来验证贯流转桨式水轮机仿真模型的可信度,比较传统PID控制方法和多指标非线性控制方法的特点。从两个仿真模型的运行曲线来看,一方面表明了这种建模方法具有很高的可靠性和广泛的适应性;另一方面也能证明多指标非线性控制方法比传统PID控制更加有效。