水电机组高占比的电网易发生超低频振荡现象,究其原因是水轮机具有明显的水锤效应,其造成的负阻尼作用能够导致电力系统的阻尼特性变差和严重的相位滞后,且调速系统参数设置不合理又进一步破坏了系统的稳定。在我国区域电网异步联网的背景下,水电密集型送端电网的超低频振荡问题将变得尤为严重,因此超低频振荡研究对于保障中国电网的安全稳定运行和后续发展均具有重要的指导意义。首先,本文基于电力系统的小干扰稳定性分析,将电力系统潮流计算软件PSD-BPA中的调速系统、电液伺服系统、水轮机和发电机线性化模型进行整合得到水电机组一次调频闭环控制系统模型,进而导出原动系统阻尼转矩系数的解析表达式,分析调速器PID参数对系统阻尼的影响程度以及水锤效应的负阻尼作用,为本文研究超低频振荡现象提供了可靠的理论基础。接着,本文对根轨迹族的概念和通用绘制方法进行详细介绍,建立用于研究超低频振荡的典型单机带负荷模型,并以此模型为基础,绘制出系统的根轨迹族曲线,分析其在研究超低频振荡问题上的适用性。根据水电机组的一次调频要求,辅以主导极点法,提出了一种调速器PI参数优化方案,通过BPA程序搭建10机39节点系统模型对本文所提方案进行验证,结果表明优化PI参数后的系统能够有效抑制超低频振荡并满足一次调频要求。然后,本文在应用根轨迹族优化调速器参数抑制超低频振荡时,发现在某些水电系统中稳定域偏小,故提出采用校正控制器优化系统的滞后相位,进而改善系统性能的措施。本文研究了超前校正、滞后校正和超前滞后校正控制器的控制效果,比较后选择了超前校正控制器用于超低频振荡的抑制,将其置入单机系统中,采用根轨迹综合法提出控制器的参数整定方案,并在单机系统和经过修改的水电机组高占比的4机2区系统中,对控制器抑制超低频振荡的有效性进行了仿真验证。最后,本文以云南电网作为研究超低频振荡的实际系统,采用2017夏大运行方式的BPA程序具体数据,仿真复现了云南电网的超低频振荡现象,并分别从水轮机水锤效应、调速器一次调频和参数设置两方面对超低频振荡的影响进行了仿真试验,结果表明水锤效应越强会使得系统的频率振荡越剧烈,但是对超低频振荡抑制的研究要更多的集中在调速系统上,进而提出根据阻尼转矩系数排序情况而制定的调速器参数优化次序策略,并通过具体算例仿真验证了该优化策略的可行性。