本文设计了一种基于逻辑开关控制的切换控制器并从理论上证明了切换控制器与被控系统组成的闭环系统的稳定性,并将该切换控制器应用于同步发电机的励磁控制、调速控制、电力系统稳定器(PSS)设计、双馈感应风力发电机的协调控制、双馈感应风力发电机的惯性控制中,并通过仿真分析验证了所设计控制器的性能。本文的主要工作可以总结为以下几个方面:一、提出了更宽松的逻辑开关控制器可行性假设条件,即不要求非线性系统的跟踪误差及其导数的初始值包含在预先设计的误差区间内。在松弛可行性假设条件下,从理论上证明了逻辑开关控制器在非线性系统中出现冲击性扰动时,能够使系统的跟踪误差及其导数可以在二值开关信号的作用下回到预先设计的误差区间内。在此基础上,设计了一种切换控制器。切换控制器根据一个状态切换判断条件在一个逻辑开关控制器和一个连续控制器之间切换运行。当系统中出现冲击性扰动时,切换控制器切换到逻辑开关控制器。开关控制器利用非线性系统最大的控制能量使系统回到预先设定的误差区间内运行,进而切换控制器从开关控制器切换到连续控制器使得非线性系统渐进收敛到原来的平衡点运行。本文从理论上证明了由上述切换控制器和非线性系统构成的闭环系统的稳定性,并给出了非线性系统经受冲击性扰动后跟踪误差及其导数的边界值及恢复时间。二、将切换控制器应用于同步发电机的励磁控制和调速控制。设计了切换励磁控制器在一个开关励磁控制器和一个常规连续励磁控制器之间切换,设计了切换调速器在一个开关调速器和一个常规连续调速器之间切换。切换调速器的设计过程中考虑了同步发电机汽轮机及其控制系统的详细模型,开关调速器的动作依照汽轮机汽门快速开关动作特性进行动作。通过在IEEE16机68节点系统中的仿真学习,验证了所设计切换励磁控制器和切换调速器的性能。其次,将开关控制器应用于同步发电机PSS设计,设计了切换PSS。切换PSS在一个开关PSS和一个常规连续PSS之间切换,以增强电力系统的小干扰稳定性。并且从理论上证明了闭环系统的稳定性。通过在Kundur4机2区系统和IEEE16机68节点系统中进行仿真学习来验证切换PSS的性能。三、将切换控制器应用于双馈感应风力发电机的协调控制中。设计了双馈感应风力发电机四回路切换控制器,分别对双馈感应风力发电机的转子转速、定子无功功率、网测换流器无功功率、直流电容电压进行控制。四个控制回路中,切换控制器分别在一个开关控制器和一个常规矢量控制器之间切换运行。四个回路相互协调相互解耦以增强含有大规模风电并网电力系统的暂态稳定性。通过在改进的Kundur4机2区系统和改进的IEEE16机68节点系统中的仿真学习验证该四回路切换控制系统的性能。四、将切换控制器应用于双馈感应风力发电机的惯性控制中。设计了基于逻辑开关控制的双馈感应风力发电机相角切换控制器。基于双馈感应风力发电机的稳态等效电路,提出了双馈感应风力发电机虚拟转子角概念。通过切换相角控制器在双馈感应风力发电机锁相环测得的机端电压相角上叠加二值开关值以控制双馈感应风力发电机的虚拟转子角。进而使得双馈感应风力发电机的有功功率输出表现出相应跳变以补偿系统有功功率和负荷的不平衡。通过在改进的Kundur4机2区系统中进行仿真学习,比较了切换相角控制器和传统虚拟惯量控制器的性能,并对系统进行小干扰稳定性分析以说明切换相角控制器对系统振荡模态的影响。