为实现“碳达峰,碳中和”目标,构建以新能源为主体的新型电力系统。我国急需发展可靠的储能技术来消纳电网中的新能源。在众多能量存储技术中,抽水蓄能发电技术是目前唯一可在电网尺度大规模利用的储能技术。由于新能源在电网中大量的投入,抽水蓄能机组每天经历的工况转换次数多达十几次,在过渡过程中常伴随剧烈的高幅值压力脉动,其作用于转轮可诱发转轮水推力剧烈波动,高幅值压力脉动和剧烈的转轮水推力波动会造成过流部件疲劳损坏,甚至引发机组转动部件抬机、扫膛和水力激振等运行事故。本文围绕国内在运单机容量最大的抽水蓄能机组过渡过程压力脉动和转轮水推力波动问题,开展了考虑多因素的过渡过程多维计算方法、典型过渡过程压力脉动形成机理和转轮水推力影响因素作用机制及基于多目标优化的转轮水推力控制四方面研究。研究内容及结论如下:（1）为实现抽水蓄能机组典型过渡过程高精度数值模拟,本文发展了一种考虑空化和压缩性等多因素过渡过程多维计算方法。采用一维特征线法求解管路系统瞬态流动,利用三维有限体积法计算水泵水轮机非定常湍流,通过部分重叠网格方法实现一维和三维计算域间的耦合数据交互传递。选用Mixture多相流模型与Zwart-Gerber-Belamri传质模型模拟空化两相流动,根据压力分布对水流密度进行修正来考虑流动压缩性。研究表明,开发的考虑多因素过渡过程多维计算方法在原型水泵水轮机的双向过渡过程模拟中具有较高的计算精度,实现了更为精准的过渡过程流动模拟。（2）为探究抽水蓄能机组典型过渡过程压力脉动形成机理,针对抽水蓄能机组的水轮机甩负荷、水轮机飞逸、水泵断电和水泵飞逸四种典型过渡过程进行了一三维耦合流动模拟。采用时频联合分析方法揭示了上述过渡过程压力脉动的时空分布特征,并结合内流场分析了相应压力脉动频率分量的形成机理。研究表明,过渡过程中低于叶片通过频率的各种低频高幅值压力脉动是由水击、空化和回流等水力不稳定现象的耦合作用共同诱发的,上述低频高幅值压力脉动,在时域上主要出现在零转矩等特征临界转换工况点附近,在空间上越靠近转轮进出口,脉动幅值越高。（3）由于压力脉动作用于转轮造成的水推力波动是诱发机组水力激振等运行事故的主要原因之一,为探究抽水蓄能机组过渡过程转轮水推力影响因素作用机制,提出转轮水推力控制方法,针对水轮机飞逸过程进行了一三维耦合模拟。通过比较12°、15°和21°三种导叶开度的模拟结果研究导叶开度对转轮水推力影响,通过分别比较上述三种导叶开度下0.5J、1.0J和2.0J三种机组转动惯量的模拟结果来分析转动惯量对水推力的影响。研究得出,较大活动导叶开度（21°）下转轮径向水推力脉动幅值约为较小导叶开度（12°和15°）下水推力脉动幅值3倍,适当增大转动惯量可降低过渡过程转轮水推力脉动持续时间。（4）为控制抽水蓄能机组过渡过程转轮水推力,采用遗传算法对导叶关闭规律和转动惯量进行了多目标智能优化,提出了基于全局回流量控制、转速水头比控制和转速控制三种优化方法,并构建了相应目标函数和约束条件。通过优化得到了多组改进方案,并采用一三维耦合方法对其进行了验证。结果表明,采用全局回流量控制优化方法和转速水头比控制优化方法,可使转轮径向水推力脉动幅值分别降低约50%和25%,并且采用转速水头比控制优化方法也可降低转轮轴向水推力。上述过渡过程导叶关闭规律多目标智能优化研究实现了对抽蓄机组转轮水推力的控制,有利于确保机组的正常使用寿命。