以大机组、超高压、交直流混合远距离输电、跨区域联网为特点的现代电力系统的规模和复杂程度正在显著地增加，电力市场的引入，电网的安全稳定性问题也变得突出，改善与提高电力系统稳定性的主要手段是控制。 具有强非线性、时变性的电力系统完整精确建模和参数准确可知是困难的。预测控制算法只需一个具有预测功能的模型，避免了对大型复杂电力系统的完整建模和参数准确性的困难，同时，预测控制以滚动的有限时域优化取代了经典最优控制中一成不变的全局优化，能够不断利用由不确定因素引入系统的新信息对预测结果加以校正，达到比依靠模型进行一次优化的传统优化算法更为优越的控制效果，具有更强的鲁棒性。但非线性预测控制算法在线滚动优化的巨大数值计算负担及由此产生的控制算法稳定性问题是阻碍这一先进控制理论在电力系统应用的主要障碍。 针对一类仿射非线性系统模型，导出具有闭型解析解的非线性预测控制律，该控制算法不需要在线优化，避免了非线性预测控制在线优化带来的非线性优化数值计算问题，为该控制策略实现在线实时控制提供了基础。同时对该控制算法的稳定性给出了严格的数学证明，为该类控制器的安全、稳定工作提供了保证。基于从目前电力系统运行的实际条件和便于工程实现的角度出发，控制器的设计都是在同步坐标系下对被控对象进行建模，导出局部的/分散的控制律，即仅用当地的可测量信号构成反馈控制律。显然，采用惯性中心坐标系对被控对象建模，控制器的设计便可扩展成基于广域测量(WAMS)技术引入全局信息的稳定控制策略，为今后的研究工作奠定了基础。 本文将这一先进的非线性预测控制技术首次应用在电力系统的以下几个方面： 针对长距离、重载、跨区域交流互联电力系统会减弱系统的阻尼，导致低频振荡的出现及FACTS装置在电力系统的广泛使用，本文对SVC的阻尼控制器及TCSC的阻尼控制环节提出了一种具有闭型解析解控制律的非线性预测控制解决方案。控制器的设计是基于单机无穷大系统来实现的，通过一些近似的方法，可将控制器的一些远程输入信号转化为SVC或TCSC当地控制信号，从而将控制器应用扩展到多机系统； ·针对大型发电机都配备了电液转换器和微机调速器，调速系统已数字化，因此对调速系统实现稳定控制策略已具备良好的基础。本文对单机系统及多机电力系统中汽轮机主汽门开度进行非线性预测控制的设计，导出了具有闭型解析解的非线性预测控制律； ·提高系统稳定性与满足发电机机端电压调节精度是两个相互矛盾的控制目标，显然，把这两个相互矛盾的控制目标都由励磁系统来实现，其控制效果必将受到影响。为此，基于非线性预测控制理论，以提高系统稳定性与满足发电机机端电压调节精度为控制目标，本文对多机电力系统设计出具有闭型解析解的非线性预测控制律的汽轮发电机励磁与主汽门开度的综合控制器； ·所有设计的控制器的输入信号均选为当地可测量信号，且与输电网络参数无关，能完全适应输电网络拓扑结构的变化，为进一步研究该控制技术在电力系统的工程应用提供了基础； ·所有设计的控制器性能均在DSA(Dynamic Security Assessment)Power’Fools仿真平台上进行仿真验证。仿真的结果表明，本文所设计的控制器对提高系统暂态稳定和改善系统动态品质是有效的。