世界范围内的电力工业改革和互联电网的发展对电力系统的案例性、可靠性和经济性提出了更高的要求。而电力系统控制作为改善电力系统稳定性的有效措施,一直以来受到人们的重视。从线性最优控制到非线性控制,国内外专家学者进行了不懈的努力,并取得了一些很有意义的成果。然而由于电力系统是动态大系统,并存在各种不确定因素,所以已有的各种控制方法还存在不同的局限性。因此,寻求具有更优性能,特别是鲁棒性很强的新的控制理论和方法就具有重要的理论和实践意义。本文通过全面而系统地研究变结构控制器的设计原理和方法,引入微分几何控制思想,对电力系统非线性变结构控制规律进行了全面的研究,研究了极点配置方法,提出了基于李雅普诺夫方法的电力系统非线性变结构控制,取得了以下研究成果: (1)研究了同步发电机励磁的变结构控制及其数学模型,用最终滑动模态的极点配置法构造了变结构控制切换函数,设计了励磁的非线性变结构控制,控制规律从理论上保证了其对系统运行点的变化和对干扰具有鲁棒性; (2)根据李雅普诺夫稳定性理论,提出了基于李雅普诺夫方法的非线性变结构控制在同步发电机励磁控制中的数学建模及其应用。计算机仿真结果表明,基于李雅普诺夫方法的非线性变结构控制比最终滑动模态的极点配置法具有更大的滑动模态区;在暂态过程中,基于李雅普诺夫方法的非线性变结构励磁控制能有效改善电力系统的稳定性。 (3)实现了微机励磁系统框架结构,通过搭建单机——无穷大系统的动模系统,进行常规PID励磁控制和基于李雅普诺夫方法的非线性变结构控制的动模试验。动模试验结果表明,基于李雅普诺夫方法的非线性变结构控制能更加有效地改善系统的暂态响应特性,充分体现了变结构控制对运行条件的鲁棒性。 以上研究结果表明,所设计的基于李雅普诺夫方法的电力系统变结构控制规律能有效地改善电力系统的稳定性,和滑动模态的极点配置方法一样,均具有响应速度快、动态特性良好的特点,并从理论上保证了滑动模态存在性和系统的稳定性,满足了控制目标的要求且能有效改善电力系统控制的鲁棒性,达到了预期的控制效果,具有较好的理论意义和应用前景。