水轮机调节系统对电力系统的频率稳定和运行控制具有重要作用，并且对水电厂的安全性和经济性有重要影响，因此调速器的性能测试一直都受到水电厂和调速器生产厂商的重视。调速器的仿真测试技术已在调速器的测试工程中得到了广泛应用。以往的调速器仿真测试装置由于硬件平台的限制，仿真时一般都对调节系统模型进行近似线性化，利用线性模型来进行仿真，没有充分反映水轮机流量、力矩随工况变化所体现出的非线性特征，为更好的体现仿真的真实性，在研制新一代水轮机仿真测试装置的过程中应考虑使用非线性水轮机模型。　　 本文针对水轮机非线性模型实时仿真所需要解决的问题：(1)模型表达方式简单且能够反映水轮机真实特性。(2)模型的求解过程要求快速稳定可靠。首先比较了当前所使用的三种非线性水轮机建模方法：流量力矩表插值、神经网络建模、多项式函数拟合。从实时仿真对水轮机函数表达形式和计算速度的要求出发，确定选用多项式函数方法对水轮机的流量力矩特性进行建模。然后对模型的求解方法进行了深入研究，指出在水头迭代过程中迭代格式对计算的收敛性具有重要影响，提出使用牛顿迭代格式来计算水头和转速的变化过程，并以此为出发点给出了四种收敛的迭代方法，从实时仿真计算速度和精度方面进行了比较，从而确定水头迭代使用牛顿迭代格式，而转速迭代使用隐式梯形积分公式的迭代方法。并最终给出了仿真的结果并与线性模型进行对比，论述了非线性模型的优势。　　 通过将非线性水轮机模型在实际测试中的应用发现，结果表明，这种建模仿真方法能够较好地反映水轮机的特性，仿真实时性能好，具有较高的工程价值和应用前景。