随着我国电力系统的发展，对电网分析计算的准确性和自动控制的精确性等都提出了更高的要求；另外，随着大型水电站和抽水蓄能电站的不断兴建，水电在我国电力系统中的比重逐年增大。建立准确的水电站动力系统模型对电力系统相关分析计算和设计更优的调速控制策略都具有重要的意义。但由于水轮机特性复杂，运行工况变化大且频繁，其输水系统往往也相当复杂，完全依靠力学、电学等物理定理来建立数学模型是难以实现的。因此，研究使用模型辨识的方法获取水电站动力系统准确的数学模型具有重要的意义。 本文首先研究了水电站动力系统模型辨识试验的方法、特点、试验方案及最小二乘类算法、遗传算法、模式搜索算法在水电站动力系统辨识中的应用。 在水力系统线性化模型辨识方面，本文提出了使用给定功率阶跃扰动下实测数据进行辨识的方法。在仿真试验中，比较了给定功率阶跃扰动信号、白噪声信号及伪随机信号分别作为输入信号进行辨识的结果。验证了给定功率阶跃扰动信号作为辨识输入信号可行性。在十三陵抽水蓄能电站辨识试验中，使用给定功率阶跃扰动信号进行辨识，取得了满意的辨识结果。此外，本文还研究了基于随机负荷波动信号辨识水力系统线性化模型的方法。在水电机组并网运行工况下，随机负荷波动可看作白噪声扰动信号，可为模型辨识提供充分条件。在十三陵抽水蓄能电站辨识试验中，将随机负荷波动下与给定功率阶跃扰动下的实测数据辨识结果进行了比较，通过多种检验方式验证了两种方法辨识结果的正确性。在研究了单机模型辨识后，本文对一管双机下水力系统线性化模型辨识方法进行了研究，并应用于十三陵抽水蓄能电站3#、4#机组双机线性化模型辨识。在水力系统非线性模型辨识方面，本文研究了使用遗传算法和模式搜索算法两种优化算法进行辨识的方法。仿真试验中验证了两种算法辨识水力系统非线性模型的可行性，比较了两种算法进行辨识的优劣。在十三陵抽水蓄能电站3#机组水力系统非线性模型辨识实例中，综合利用两种算法进行了辨识，取得了满意的辨识效果。 在调速器模型辨识方面，本文通过仿真试验研究了使用遗传算法和模式搜索算法进行辨识的方法。在十三陵抽水蓄能电站现场试验中，限于测量条件，采用分环节辨识办法，使用最小二乘法完成了主接力器反应时间的辨识。