互联电力系统的逐步形成使电力系统安全稳定问题受到人们的广泛关注,电力系统控制能经济有效地提高电网稳定性并降低风险,因而成为电力科技研究者工作的重点。控制品质和鲁棒性问题为控制器设计所面临的关键性问题,对于强非线性和结构工况多变、存在信息传输时间滞量的电力系统尤其如此。研究成果和实验经验表明,非线性时滞特性的合理应用将有助于上述问题的解决,并逐步受到越来越多的学者所关注,从而也为实现电力系统高性能的控制器设计提供了一种新的思路。在这一思想前提下,本文开展研究如下。首先研究了非线性时滞系统的稳定性和H_∞控制问题。基于微分同胚的思想及向量场分解的方法,得到了原系统的一个等价形式,在该等价形式下构造新的Lyapunov-Krasovskii泛函,得到了保守性较小时滞相关的稳定性结论。利用该结论和等价形式研究这类系统的H_∞控制问题,提出了相应的控制器设计方法。最后利用仿真算例说明结论的正确性和有效性。其次在单机无穷大系统发电机控制模型基础上,引入时滞从而建立了非线性时滞电力系统数学模型,并利用前述控制理论进行励磁和汽门控制器设计,同时进行励磁汽门联合控制,该控制器不仅能够有效消除时滞对系统的影响,还能适应系统的强非线性,并且有着较好的故障恢复特性和强鲁棒性。最后在发电机组控制模型基础上,推导了多机系统数学模型,建立了非线性时滞多机电力系统数学模型,并在3机9节点系统中设计励磁和汽门控制器,取得了较好的控制效果。同时在多机汽门控制器分别采用各自控制和联合控制两种方式,对比发现联合控制故障后恢复速度更快,效果更好。文中的相关结论均以数值仿真结果予以验证。