水轮发电机组为一非线性系统，其线性化数学模型的各个系数在不同的工作点相差较大。控制系统的原理结构框图，如图1所示，图中K值为频率转换系数。在机组正常工作状态下，机组按控制系统的静态特性曲线对功率和频率进行调节，改变K值可改变静态特性曲线的斜率。在调节系统中，功率反馈为发电机输出的有功功率，频率反馈为程，使得水轮机调节系统参与电网动态稳定的调节过程成为可能。水轮发电机组线性化传递函数方框图可表示成图2的形式。

图1　水轮机调节系统原理图

图2　控制系统等效传递函数框图

图2中Gk（s）为PID的控制函数；Gr（s）为有功功率的等效传递函数；G1（s）为发电机的频率与有功功率的传递函数；Gs（s）为水轮机及其调速系统的传递函数。

b0=w0(K1K3+K1KlK6-K2K4-K2KlK5)

a2=(K3Tj+K1K6Tj+DTd0)

a1=w0K1Td0+D(K3+KlK6)

d1=(K3+KlK6)

d2=Td0(www.daowen.com)

式中 T——机液随动系统的等效时间常数；

Tw——引水系统水流惯性时间常数；

q0——引水系统稳定工况下的相对流量值；

K1，K2，K3，K4，K5，K6——与发电机运行状态有关的参数；

D——阻尼系数；

Tj——发电机的惯性时间常数；

Kl——励磁控制器的比例系数；

w0——发电机转子的角速度。