发电单元由锅炉、汽轮机、发电机环节组成，是动力系统中一类重要的、复杂的元件。本质上，发电单元是电力大系统的一部分，是其中的一个子系统，与电力大系统的其余部分之间存在相互影响，相互约束关系。基于微分-代数形式的模型来分析研究发电单元，能够更加完整准确地描述发电单元的内部特性，也符合实际控制的需要，但目前这方面的研究很少。　　 在国家自然科学基金等项目的资助下，本文基于接口概念建立了发电单元内部各环节的模型及发电单元的完整模型（微分-代数方程）。在此基础上，研究了发电单元的控制器设计问题。主要工作如下：　　 1、将接口概念推广到发电单元中，分析了发电单元内部各环节（锅炉、汽轮机、发电机）之间及发电单元与电网之间的接口关系，并建立了各环节的模型和发电单元的完整模型。这种包含接口方程的模型通过接口变量可以准确反映环节之间的相互作用，以及各环节的内部物理特性。　　 2、基于发电单元完整模型，提出了改进能量平衡控制方法。首先阐述了能量平衡原理的本质，并基于环节之间接口关系的描述，分别针对锅炉环节和锅炉-汽轮机环节分析了其内部能量平衡情况。接着说明发电机环节在发电单元动态过程中具有“储能”特性，指出了基于包括发电机环节的发电单元完整模型分析能量平衡过程的必要性。最后设计了基于完整模型的改进能量平衡控制器。　　 3、基于发电单元完整模型，提出了具有增益调度特性的协调控制方法。首先基于环节之间接口关系的描述，分析了使用发电单元完整模型考虑协调控制的必要性；然后利用同步发电机可“感知”电网中能量失衡程度的特性，提出了一种新的协调控制思路，即通过权衡电网频率和发电单元自身的安全程度灵活使用发电单元储能。最后采用增益协调控制方法设计了协调控制器。策略。研究发现，基于环节的能量平衡分析，灵活恰当地选择状态量的导数和被控目标组成的输出函数，可以有效地降低输出量与输入量之间的相对阶，为伪线性系统的闭环PID控制器设计提供便利，同时在控制策略实现中有效地避免接口变量高阶导数出现，提高了工程实现可行性。