随着我国能源结构调整,电力系统中风能及太阳能等间歇可再生能源的比重逐渐增加,为了保证间歇可再生能源与现有电力系统的良好集成,需要电网具有足够的储能容量和一次、二次调频能力,水电在目前多能互补电力系统中被更多地需要担任调能角色,由此水电机组将面临在不稳定的开停机过渡过程以及部分负荷下运行累计时长的增加,将会导致机组部件加速疲劳,整体稳定性状态加速退化,影响机组寿命。因此,为保障水电机组的安全稳定运行,开展水电机组稳定性的影响机制及其状态变化趋势跟踪评估模型研究显得尤为重要及迫切。目前,水电机组的稳定性状态监测技术已被广泛应用,但在稳定性的影响机制、稳定性状态评估理论和方法上仍然有待进一步研究。本文将从物理本质、数学方法及工程措施三个方面出发,基于对水电机组运行全工况稳定性状态监测数据分析挖掘,对水电机组稳定性状态样本构建方法及实现途径、稳定性影响机制分析及状态评估模型等开展系统性地研究。具体研究内容如下:为对水电机组状态监测数据深入挖掘利用,发现其中蕴含的机组稳定性状态信息,对常规水电机组运行典型工况开展了分析,提出了水电机组“全工况”稳定性样本的概念。由在水电机组一次开机运行历经的开机升转速过程、开机起励建压过程、升负荷过程、给定负荷稳定运行工况、降负荷过程以及停机降转速过程中监测获得的稳定性状态监测样本,构成本次开机运行对应水头全工况稳定性样本。针对水电机组不同工况下稳定性受不同方面振源影响的差异,对水电机组全工况稳定性特征提取及状态样本构建方法开展研究,提出了基于开机升转速过程的机械振动特征提取及样本构建方法、基于开机起励建压过程的电磁振动特征提取及样本构建方法以及考虑工况特征的水电机组水力稳定性特征提取方法,为本文研究中开展水电稳定性影响机制分析及状态评估工作奠定基础。为实现对水电机组历次开机运行时其机械振动状态变化趋势监测评估,在获取基于开机升转速过程的机械振动状态样本之上,将数据挖掘中距离理论及多元统计分析理论引入到水电机组稳定性状态评估中,构建了基于开机升转速过程单元峰峰值及多元特征阶次频率能量占比变化趋势数据挖掘的水电机组机械振动状态变化趋势评估模型。在水电机组历次开机运行时,从不同转速下振动总体能量及其在频域分布细节两方面对其机械振动状态进行评估。在工程实践中,基于某电站机组大修后实际运行获取的大量开机升转速过程稳定性状态监测数据样本,实现了对其机械振动状态变化趋势分析评估,验证了模型的有效性及适用性。以水电机组电磁振动状态实时监测诊断及工程实用为切入点,基于开机起励建压过程获取的电磁振动状态样本,利用数据挖掘中主成分分析方法以及聚类分析方法,构建了基于开机起励建压过程的水电机组电磁振动状态监测诊断模型。通过计算机组运行过程中产生的电磁振动状态样本主成分统计量是否超过由电磁振动状态健康样本分析得到的控制阈值,以及电磁振动状态样本主成分聚类分析结果两方面结合监测评价机组电磁振动状态,并利用分析特征变量对主成分空间贡献程度实现对引起电磁振动异常原因诊断。进而基于该模型实现了对某电站机组长期运行后电磁振动异常状态的甄别及诊断,验证了模型的有效性及实用性。为系统性研究混流式水轮机尾水管压力脉动的表现特征、传播行为、影响机制及评估方法,以一台水力稳定性问题比较典型的200 MW混流式水轮发电机组为主要研究对象,并以另外两台额定容量分别为55 MW、600 MW的混流式水轮发电机组作为对比对象,开展了试验研究。基于三台机组的试验结果,对部分负荷下尾水管压力脉动的时频和发生工况特征进行了对比分析,对尾水管压力脉动中成分的传播行为进行了辨识,分析揭示了尾水管压力脉动中不同成分对水电机组部件振动、主轴摆度及输出功率的影响机制。提出了一种混流式水轮机尾水管同步压力脉动辨识方法,建立了同步压力脉动对主轴摆度影响的评价指标,并基于真机试验实测数据验证了该指标的有效性。针对水电机组状态监测数据没有得到深入挖掘利用的现状,以及对水电机组稳定性状态跟踪分析及实时评估的行业需求,设计并开发了水电机组运行全工况稳定性状态跟踪分析评价系统。搭建并实现了水电机组运行全工况稳定性状态样本数据库,为本文中水电机组状态监测数据挖掘研究提供数据支撑,进而设计开发了水电机组运行全工况稳定性状态跟踪分析评价软件,将本文所构建模型及提出的方法在工程实际中得以应用,实现了对水电机组长期运行产生的全工况稳定性状态监测数据分析挖掘,对机组稳定性状态跟踪评估,为电站运维工作提供了辅助决策指导。论文最后对全文的主要研究内容进行了总结,并指出了论文中存在的有待研究问题,并对研究工作的进一步拓展方向进行了展望。