如今现代电力系统规模不断扩大,其运行复杂性也日趋增加,电力系统的安全稳定运行问题显得愈发重要。同步发电机是电力系统颇为重要的无功功率来源,对电网的安全稳定运行具有重要意义。发电机励磁系统是同步发电机中的一个关键控制部分,它通过调整励磁绕组的电流来改变发电机的无功功率,使发电机的机端电压保持不变,同时其控制问题和安全问题成为研究的热点。本文针对同步发电机励磁系统,研究其遗传算法参数优化控制策略以及故障诊断方法,对比讨论了传统PID控制、遗传算法优化PID控制两种情况下的控制器性能,并通过快速傅里叶分析故障诊断策略和多整流桥并联下的动态均流策略,提高了同步发电机励磁系统的安全性能。针对同步发电机励磁系统机端电压闭环控制的PID参数优化问题,本文在dq坐标系下建立了同步发电机的基本方程及其励磁系统的等效模型,相比于手动PID调参,采用遗传算法对串联PID控制的参数进行优化,并对参数优化后励磁系统的控制性能和抗扰性能进行了仿真研究,确定参数优化的有效性。为提升同步发电机励磁系统的安全性与可靠性,首先针对单独三相全控整流桥作为励磁功率单元的情况,仿真模拟晶闸管各种故障情况下的输出电压波形,通过对故障波形的比较与分析进行故障分类,采用快速傅里叶算法对输出电压波形进行分析,得到故障信号的幅频特性及相频特性,由此得到故障类型及故障具体位置的特征值。多组整流桥并联运行作为励磁功率单元可提升同步发电机励磁系统的输出容量,也可提升励磁系统的可靠性。针对多桥并联可能存在的电流不平均问题,首先分析了影响均流系数的因素,通过动态均流控制来实现均流系数的提高,通过仿真模拟了动态均流控制的可行性。接着针对多组整流桥并联的晶闸管故障问题,采用电源电流检测的方法,判断其故障具体位置。搭建同步发电机励磁系统控制平台进行实验,编写MCGS触摸屏实现与DSP的数据通信及故障显示,通过断开触发光纤的形式模拟晶闸管断路故障,经实验验证上述策略能准确进行故障诊断,同时对动态均流控制进行实验验证,实验结果表明该方法可以使均流系数得到有效提高。