电气制动装置对改善发电机组的暂态稳定性,特别是机组甩负荷情况下的暂态稳定性有重要作用。因此,研究发电机组的电气制动装置具有重要意义。传统的电气制动装置是耗能型装置,即当发电机甩负荷后,通过电阻来消耗发电机转子的动能。本文提出了储能型电气制动装置,即采用超级电容将发电机转子动能存储起来,待发电机恢复并网后再将存储的能量释放回电网,本文称之为超级电容储能型电气制动装置(Super Capacitor energy storage Brake Device,SCBD)。研究表明SCBD不仅能够提高发电机系统的暂态稳定性,还能对系统进行功率补偿,发挥出STACOM的功能。本文以水轮发电机为研究对象,研究了SCBD与水轮发电机的综合协调控制,并通过仿真结果分析了SCBD对水轮发电机系统暂态稳定性的影响和功率补偿功能。此外,还将SCBD应用于负荷侧,对SCBD的功率补偿功能做了进一步验证。全文主要完成以下几点工作:1、从SCBD原理图入手,推导出SCBD在dq0坐标下包含超级电容器侧直流电压的三阶准确数学模型。接着以水轮发电机为研究对象,并根据SCBD与发电机连接的结构图,建立了包含发电机励磁、调速控制系统和SCBD的八阶非线性综合控制系统模型。2、根据综合控制系统模型的特征,选取微分代数非线性控制法为控制策略,完成了对控制系统的多指标非线性控制器设计(Differential Algebraic Multi-index Nonlinear Control,DAMNC),得到系统的非线性控制律u。运用MATLAB仿真所建系统,与线性最优控制法(LOC)设计控制器作比较,校验了系统模型的有效性和所设计控制律u的优越性,并通过三相短路扰动仿真验证SCBD对系统暂态性稳定的影响,通过调压和调功等小扰动验证SCBD的功率补偿功能。3、采用开关函数法建立SCBD的模型,扩展了SCBD的建模方式。并且为了避免多指标非线性控制法中C参数的配置,减少控制器参数配置的数量,降低控制器对系统约束条件的依赖,本文将目标全息反馈法(Nonlinear Coordinated Control method with Objective Holographic Feedback,NCCOHF)运用于非线性控制器设计中,扩宽了对SCBD与发电机综合控制研究的设计思路。并针对NCCOHF法,对系统做了有、无SCBD的仿真,进一步验证了SCBD对系统暂态稳定性能改善的有效性。4、研究了SCBD在负荷侧的应用,进一步验证了SCBD的功率补偿功能。