抽水蓄能电站以其紧急事故备用、负荷跟踪和调频调相等快速响应的特性,在电网中发挥着调节系统负荷、促进电力系统节能减排和维护系统安全稳定运行的功能,逐步成为解决电力系统调峰填谷问题以及保证电网优质可靠运行的有效经济现实手段。抽水蓄能机组具有水泵和水轮机双向运行、工况转换频繁和水力特性复杂等特点,其调节系统是一个水、机、电耦合的复杂非最小相位非线性系统,这给调节系统的建模仿真和控制优化带来了极大的困难。本文首先研究了带有弹性管道、调压井、阀门和水泵水轮机的过水系统复杂结构的精细化建模,引入了电路等效原理实现了水力分析到电路分析的过渡,这种模型仿真精度高,能适用于过水管道变空间步长的仿真计算。针对水泵水轮机全特性曲线插值问题,引入改进Suter变换描述方法解决了开度线交叉、聚集的问题,并提出了一种适用范围更广的水头计算方法解决了改进Suter变换水头求解的局限性。然后结合抽水蓄能机组调速系统建模机理及仿真算法的研究,搭建了包含有压过水系统、水泵水轮机、发电电动机和水泵水轮机调速器的调速系统精细化仿真计算模型,提出了抽水蓄能调速系统水机电联合仿真模型的仿真算法流程。为了探求抽水蓄能机组调速系统小波动过程的动态特性及控制参数优化,提出了小信号线性模型实现过水系统简化计算,并通过相关试验分析验证了小信号线性模型的优势。为了提高抽水蓄能机组调节系统的调节品质,实现机组运行的控制优化,本文开展了调速系统复杂工况转换的仿真研究,全面的分析了调速系统在工况转换过程中的调节控制作用。深入研究了抽水蓄能机组调速系统在小扰动一次调频过程的控制参数的敏感性,引入了智能算法优化其PID控制参数。最后,本文分析了大波动甩负荷过程中导叶直线关闭规律及导叶与球阀联合关闭规律的控制优化。