在传统的基于微分几何的非线性控制理论在电力系统的应用中,人们已习惯于将输出函数选取为单状态量的形式,对这样的非线性控制系统,本文首先提出了以下一些有待进一步深入研究和解决的问题:1.在上述非线性控制系统中,有时会出现被控系统状态量的动、静态性能难以满意协调的问题.出现这些问题的深层次原因是什么?有无有效解决这一问题的方法?2.在线性系统控制的设计中,通过调整闭环系统的零极点位置可以有效调整受控系统的性能.在非线性控制系统中,能否找到类似的方法?3.在非线性设计方法中,输出函数的作用到底是什么?是否可寻找到一种对大部分非线性系统都比较有效的具有一定普适性的输出函数形式.本文对上述问题进行了深入的推证和分析,对其中一些问题的解决提出了新的观点和思路.全文可归纳为如下三个部分:第一部分包含论文的第一和第二两章.在对非线性系统的普遍性、复杂性及其特有现象进行了概要性的论述后,简要地回顾了非线性控制系统设计方法的发展历程和研究现状;综述了非线性控制设计方法在电力系统中的应用研究现状;简要整理和介绍了微分动力系统的基本概念和基本理论,为后续章节深入讨论非线性系统的控制设计方法进行了理论上的准备.第二部分包含论文的第三和第四两章.这部分分别针对单输入单输出(SISO)和多输入多输出(MIMO)非线性控制系统讨论了微分几何非线性控制设计方法;推导了输出函数在非线性控制系统中零、极点配置的作用;讨论了非线性控制设计中的完全和部分精确线性化问题;讨论了非线性控制设计中输出函数对系统性能指标的影响,并提出了一种通过恰当选取输出函数实现多指标非线性控制的具有一定普适性的方法.第三部分包含论文的第五、第六和第七章,是本文提出的多指标非线性控制在电力系统的具体应用,分别设计了如下非线性电力系统控制装置:发电机多指标非线性励磁控制;凝汽式汽轮发电机的多指标非线性综合控制;中间再热式汽轮发电机的多指标非线性综合控制;水轮发电机的多指标非线性综合控制和TCSC与水轮发电机两设备的多指标非线性协调控制.