水电站输水发电系统稳定性的分析是电站设计和运行中的关键问题。水电站输水发电系统稳定性的分析以往多采用基于传递函数法的理论分析和数值仿真,但当管道系统较为复杂时,如一洞多机输水发电系统,则不易推导系统的传递函数,也不易建立仿真模型并得到较为准确的稳定域。针对上述问题,首先推导了机组阻抗表达式,然后基于水力系统振动特性分析方法,建立输水发电系统总体矩阵,并以最大衰减因子σmax是否小于0作为稳定性的判别依据。为了验证提出方法的准确性,采用总体矩阵法对两个工程实例进行了计算分析,在单管单机模型中与基于传递函数法和Simulink数值仿真的计算结果进行了对比；在一洞四机模型中与Simulink数值仿真的计算结果进行了对比。结果表明,总体矩阵法能够准确求解复杂输水发电系统的稳定域,并可通过修改系统各个模块相应的传递矩阵排列顺序而适应不同的电站布置形式,极大地方便了水电站运行稳定性的计算与分析。