汽轮发电机的励磁与汽门控制是改善电力系统有功和无功响应的重要手段。本文首先建立了汽轮发电机组在单机无穷大系统下,综合考虑励磁与汽门控制的数学模型,并将此非线性模型在Matlab/Simulink中得以实现;其次,介绍了无源性的概念,阐述协调无源性理论相关定理,在所建立的模型基础上,应用该方法进行励磁与汽门的非线性控制器设计,仿真实验中引入了协调无源性控制与传统PID+PSS控制的对比,从线性控制和非线性控制两个方面分别讨论了PID+PSS和协调无源性两种控制方案,仿真实验表明,PID+PSS设计理论较为完备,可调参数较少,易于现场应用,而协调无源性理论从数学的角度,利用无源理论对双输入系统进行分析,将系统分为两部分分别加以设计,所得控制器可有效补偿控制对象的非线性特性,励磁与汽门的协调控制使整个系统达到更好的控制效果,实验结果同时也暴露出现有无源控制器存在的一些缺点;最后,针对现有电力系统暂态过程的励磁与汽门非线性控制器通常是以在平衡点的镇定为目标进行设计,并未考虑有功功率与功率设定值的稳态误差,同时没有充分发挥出发电机对系统的无功支撑能力的缺点,论文在汽轮发电机汽门与励磁五阶双输入模型的基础上,将有功功率与电压的积分环节引入微分方程,由反步法得到汽门控制输入,再利用无源性方法设计励磁控制部分,引入无功电流补偿,以变压器高压侧电压为目标优化励磁控制部分。通过仿真,证实了所设计的基于无功电流补偿的非线性综合控制器优化了汽轮发电机的有功和无功响应。