同步发电机是电力系统的重要组成元件，是机电能量转换的枢纽，电力系统的电能主要由同步发电机产生。同步发电机的运行状态对电网的电压、频率等参数有着重要影响，与电力系统的稳定运行密切相关。同步发电机不仅需要适应时刻变化的负荷需求，保证系统功率供给平衡，还需根据电力系统的运行状态进行稳定控制，保证整个系统的抗扰能力，稳定、持续地供给电能。由于同步发电机结构复杂，且内部电磁瞬态过程极短，需要高精度的控制手段。随着绝缘材料和永磁材料的革新，现代的同步发电机在向极高能量密度、轻量小型化的方向发展（如永磁同步发电机的逐步应用），其控制系统处于不断发展进化之中。

励磁系统的基本功能是给同步发电机励磁绕组提供励磁电流，使发电机内部产生磁场，进行机电能量转换，并且具有保持发电机端电压、调节系统电压、控制系统无功潮流的作用。根据励磁电源的不同，励磁系统可分为直流励磁系统、交流励磁系统和静止励磁系统。直流励磁系统的励磁电源是直流发电机，通过滑环给发电机的转子绕组提供励磁电流。直流励磁系统是早期励磁系统的代表，主要由直流换相励磁机、交磁放大机等元件组成。20世纪60年代中期，直流励磁系统逐步被交流励磁系统取代。交流励磁系统利用交流电机作为励磁电源。交流励磁机通常与同步发电机同轴转动，励磁机的定子输出电流经过可控或者不可控整流器后输入发电机的励磁绕组。整流器有旋转整流器和静止整流器。静止整流器通过滑环将直流电流输入同步发电机的励磁绕组；旋转整流器与同步发电机磁场一起旋转，可直接将直流电流输入同步发电机的励磁绕组，省去了滑环和碳刷。静止励磁系统功率源是同步发电机端电压或端电压和端电流的组合。静止励磁系统利用可控或不可控的静态整流器，通过滑环供给发电机励磁电流。由于直流励磁系统和交流励磁系统具有时滞元件，动态性能较差，需要在控制系统中增加串联补偿环节或反馈补偿环节，减小元件的时滞影响。静止励磁系统时滞较小，无须补偿控制环节。随着电力电子、自动控制理论以及计算机控制技术的不断发展，新的励磁系统层出不穷，其控制功能从端电压控制发展为多功能励磁控制，如欠励磁/过励磁保护控制功能、电力系统稳定器等功能，通过测量电磁功率、角速度、系统频率等信号，改善系统的动态性能。

电力系统正常运行离不开稳定的频率。电力系统频率取决于同步发电机转子转速，它直接反映了同步发电机转子的转矩平衡情况和电力系统供需能量的平衡情况。原动机捕获的机械能通过同步发电机转换为电能输出，当负荷需求发生变化，或系统出现扰动，同步发电机转子上将出现不平衡转矩，导致转速发生变化，进而影响整个电力系统频率。同步发电机调速系统将根据转子转速的变化大小，自动调节水轮机的导水叶开度，或汽轮机的进汽门开度，改变输入同步发电机的机械功率，使系统供需达到平衡，在一定程度上减小系统的频率偏差。对于多个同步发电机并联的情况，各同步发电机将根据反馈控制环节的增益比例对功率差额进行自动分配。同步发电机调速系统这种固有的调频能力称为一次调频。一次调频难以使频率恢复至额定值，此时需要自动发电控制进一步恢复频率。自动发电控制通过检测联络线传输功率和系统频率的变化情况，调整调速系统的负荷参考值，改变同步发电机的出力，使系统频率恢复至正常值，并保证区域之间的交换功率为设定值。自动发电控制常常与电力系统的经济调度联系在一起，可控制各机组发电出力来实现经济负荷分配。

随着电力系统互联规模扩大以及电力电子设备的广泛应用，电力系统中存在多种频带的振荡模态，当系统受到故障扰动时可能激发特定的振荡，如低频振荡、次同步振荡等，造成联络线传输功率大范围波动、发电机轴系受损断裂等严重危害。通过同步发电机附加阻尼控制可在一定程度上阻尼甚至消除这些振荡问题。电力系统稳定器是同步发电机附加阻尼控制的重要实现手段。电力系统稳定器可根据同步发电机的运行状态自动产生附加控制信号，通过励磁系统增加发电机对特定振荡模态的阻尼。电力系统稳定器可根据发电机转子转速增量、功率增量和系统频率增量等信号进行控制，通过滤波器、增益放大器、相位补偿环节等产生所需的附加励磁信号。电力系统稳定器可有效阻尼本地低频振荡模态（0.2～3.0Hz），在广域量测系统的辅助下，还可以根据系统内重要联络线路的功率信号，对系统区域间的低频振荡模态进行阻尼。基于速度反馈的电力系统稳定器在阻尼低频振荡的同时，可能会对汽轮发电机的轴系扭振产生不利影响，增加次同步振荡发生的风险。次同步阻尼励磁控制可增强同步发电机对轴系扭振的抑制效果。根据电力系统稳定器对轴系扭振模态提供的负阻尼情况，选取处于稳定边界的扭振模态，将其强相关变量（如低压缸转速增量、中压缸转速增量等）作为控制器输入信号，利用分离模态设计方法等技术构建次同步阻尼励磁控制系统，抑制同步发电机的轴系扭振和次同步振荡。随着数字计算机技术、电力电子技术的发展，同步发电机控制系统将更加智能、灵活，更加有效地提高电力系统的动态性能。