随着经济的不断发展和社会的不断进步，电力系统的稳定性变得越来越重要，低频振荡作为威胁电网安全运行的主要因素之一时时刻刻都有可能发生。机组的功频控制中有功功率振荡是引起电力系统低频振荡的主要原因之一，针对机组侧的功率振荡，云南电网已经实施了机组低频振荡的实时监测与解列保护装置，但是针对机组侧的功率振荡预防的研究还属于空白。本课题依托于云南电网公司科技项目《云南水火电机组功率振荡的预防与解除研究》，选择云南水电机组为研究对象，针对云南水电站的水头季节性变动大、导叶开度非线性等问题展开了研究。首先，基于水轮机的相似理论与运动相似率分析推导出了工作水头与水轮机组有功功率之间的关系，在理想的水轮机组模型的基础上引入水头变动干扰，仿真验证了水头变动对水轮机组有功功率调节品质的影响；其次，通过动态试验拟合出存在导叶开度非线性水轮机组的导叶开度与机组有功功率之间的函数关系，在理想模型基础上引入了此函数关系，仿真验证了开度非线性存在导致不同开度范围的水轮机组有功功率调节品质变差的结论；最后，针对存在振荡隐患的水轮机组分别在工程应用上和理论研究上提出了改进的控制方案。工程上基于自适应控制策略分别提出了水头自适应控制方案与导叶开度自适应控制策略，并建模仿真验证了改进控制方案的合理性；在理论研究层面提出基于二次性能指标的单神经自适应PID控制算法，通过与经典PID控制效果进行对比，验证了单神经元自适应PID在水轮机组有功功率调节振荡预防中应用的可行性。通过本课题的研究，减小了云南水电站由于季节性水头变动大和导叶开度非线性对水轮机组有功功率调节品质的影响，从而保证云南水电机组运行的稳定性以及云南电网的运行稳定与安全。