随着我国大规模交直流混联电力系统的不断建设和发展,依靠离线数据或者SCADA/EMS数据实现暂态稳定分析与控制的方法,已经难以满足实际电网的运行需求。而广域测量系统(WAMS)的投入使用,为暂态稳定分析和控制带来了新技术手段。本文提出了将二维一阶伴随系统理论与WAMS实时数据相结合,实现暂态稳定分析与紧急控制的新思路。论文首先系统地介绍了二维一阶伴随系统的理论基础,并分析了其基于WAMS系统实现稳定性分析的适用性。在此基础上,提出了基于数值微分求导方法的二维一阶伴随系统的在线计算方法,以及在线暂态稳定分析与紧急控制的实现架构,为后文工作提供了理论依据和计算方法。提出了将二维一阶伴随系统和WAMS系统相结合的暂态稳定在线识别方法。该方法定义考虑多摆稳定的最小投影动能,并提出对应的暂态稳定判据。为了给紧急控制系统预留更多的时间,提出利用最小二乘拟合技术预测系统轨迹并进行稳定性预判。所提方法不受系统模型参数和网络拓扑影响,无需识别临界机群和计算故障后系统稳定平衡点,仅需采集发电机运行数据即可进行稳定性判别。建立了伴随凹轨道系统的数学模型,并利用该系统提出了暂态稳定性在线识别的新方法。基于微分几何学的曲率概念实现在线监测系统运行点和预测稳定边界,在此基础上提出了失稳预测判据。该系统与二维一阶伴随系统互为映射,因此,具备其在稳定性分析中的诸多优点。此外,该方法在预测边界时能避免因回摆点附近强非线性而导致预测失效的问题,并且无需调节观测和预测窗口。提出了一种电力系统暂态稳定性在线分析的分区-合成方法,并设计了利用WAMS数据实现大电网分层分区在线监控的系统框架。利用所提分区-合成理论,各区域系统仅需传递二维一阶伴随系统的特征量即可实现快速、准确判断全系统的暂态稳定性。因此,所提方法能够有效提高实际系统稳定分析数据的传输效率并降低系统数据的存储空间。提出了基于伴随凹轨道系统的电力系统实时闭环紧急控制方法。该方法利用发电机组失稳排序指标选取失稳机组,基于凹轨道失稳裕度来估计紧急控制切机量。所提方法能够在不依赖离线故障策略表的条件下实现在线紧急控制,此外,该方法将失稳机群识别和稳定性判别过程相解耦,提高了实时紧急控制策略在实际电力系统中的计算效率和实用性。