电力系统是典型的高维度动态系统,其稳定运行与国民经济息息相关。基于能量函数的控制方法具有严谨的理论基础和清晰的物理含义,因此在发电机励磁控制等具体场合得到了一定的应用。实际系统存在励磁饱和的物理约束,这将影响控制器的响应特性和控制效果,因此利用饱和约束控制方法能更好的进行研究。电力系统稳定问题在工程上为局部稳定问题,目前处理饱和函数和选取Lyapunov函数等方面还存在一定程度上的保守性,因此进一步研究考虑励磁饱和约束的电力系统的局部稳定性十分必要。本文主要的研究工作和成果如下所示,分别对应了文章中的第二、三和四章。(1)在含执行器饱和的系统的镇定研究基础上,提出了励磁饱和约束下的电力系统控制问题。首先,总结了饱和约束处理的三种常见方法:非线性扇区法、对角矩阵法和凸组合法,结合仿真算例分析了励磁饱和约束对系统暂态稳定性的影响。然后,提出了抗饱和设计的方法思路,在二次Lyapunov函数中引入辅助矩阵,推出了线性矩阵不等式(linearmatrix inequalities,LMI)的构造条件,得到了保守性更小的最大收缩不变椭球,用于系统吸引域估计。最后,以获取尽可能大的收缩不变椭球为目标,设计了相应的抗饱和设计补偿策略,改善系统动态性能。(2)在基于系统能量函数的发电机励磁控制器的基础上,考虑励磁限幅环节的影响。首先,采用非线性扇区法对励磁饱和约束进行了处理,构造了 LMI条件,运用最大收缩不变集椭球对系统的吸引域进行估计,并且结合算例分析了不同的励磁顶值电压大小给系统的收缩不变椭球带来的影响:励磁顶值电压越大,含励磁饱和环节的系统的收缩不变椭球越大。然后,结合线性最优励磁控制(linear optimal excitation control,LOEC)策略,比较分析了不同控制策略下系统收缩不变椭球的体积大小;设计了基于非线性励磁控制器的抗饱和补偿器,以削弱饱和非线性问题给系统控制带来的影响。最后,在多机结构保留电力系统中进行推广,仿真表明所提控制策略能使多机电力系统具有较好的稳定性能和输出电压调节性能。(3)以基于系统能量函数的励磁和汽门开度调节协调控制策略为基础,考虑励磁饱和环节。首先,采用凸组合法对饱和项进行处理,以相应的二次Lyapunov函数对状态量求导小于零为条件构造LMI凸优化问题,求取协调控制情况下系统的最大收缩不变椭球。然后,运用Gram-Schmidt正交化方法求取所要投影的三维空间的标准正交基,将高维的收缩不变椭球在三维空间中进行投影,更直观的呈现出收缩不变椭球的体积大小。最后,在多机结构保留电力系统中进行实现。仿真结果表明,所提出的抗饱和协调控制策略有效改善了多机电力系统的动态性能,达到了预期效果。