我国以燃煤为主的能源结构需要一定规模的水力发电容量来负责电网的负荷调节,而传统水电站受季节性径流影响,需要大量弃水才能参与电网的削峰填谷。双馈水轮发电机组作为一种新型水力发电系统,其中的双馈异步发电机可以实现发电机组的变速恒频发电,在水头变化较大的一定范围内工作在最优工况点,保证机组高效参与电网的削峰填谷。双馈水轮机组是一个水、机械、电气强耦合的复杂非线性系统,实际的机组难以使用常规的数学模型用于过渡过程计算,且双馈异步发电机是一个多变量间耦合性很强的系统。现有的对双馈水轮发电机组的建模分析,对可逆式水泵水轮机的精细建模和应用于双馈异步发电机的先进控制策略极少兼顾。由此,本文将可逆式水泵水轮机全特性曲线模型及应用于双馈异步发电机的先进控制策略结合,提出了新的双馈水轮发电机组的分析方法,具体工作如下:(1)本文首先搭建了双馈式水力发电机组的模型。实验得出的可逆式水泵水轮机的全特性曲线存在多值现象和“S”特性区域,如果直接用于水轮机过渡过程计算,会导致水泵水轮机运行的不稳定,本文利用Suter变换法对水轮机特性曲线进行处理,得出了可以用于水轮机过渡过程计算的全特性曲线。其次,分析了双馈异步发电机在理想假设条件下的三相静止坐标系下的数学模型,并对使用的两相同步旋转坐标系下的模型做出了推导。(2)针对于双馈异步发电机的转子侧变频器控制,传统的PI控制器因为其调节时间长、超调量大,在双馈异步发电机的变频器控制中效果较差,而非线性控制器中的滑模控制由于其鲁棒性较强、容易物理实现等优点,在此类研究中越来越受到关注。本文在采用基于定子磁链定向的矢量控制基础上,采用了非奇异快速终端滑模进行控制,相比其他滑模控制器,非奇异快速终端滑模既避免了普通滑模控制器收敛时间不确定的缺点,又避免了终端滑模控制器会产生的奇异现象。(3)本文在MATLAB平台搭建了双馈水轮发电机组的模型,其中包括基于全特性曲线的可逆式水泵水轮机模型、调速系统模型、双馈异步发电机模型等,并在发电工况下的有功功率、无功功率参考值阶跃,参数波动三种工况下进行仿真验证。与传统PI控制器相比,非奇异快速终端滑模控制下的机组输出功率抖振更小、抖振次数更少、调节时间更短,有效地改善了双馈水轮发电机组的运行性能。