由于全球对于不可再生能源的过度开采利用和环境破坏的日渐加剧,世界各国都更为重视节能环保问题。为了使得经济与能源能够全面协调可持续发展,中国乃至世界各国纷纷采用多种鼓励新能源发展的措施,使得新能源发电技术不断进步,发电成本显著下降。在这种背景下,新能源快速崛起且其规模不断扩大。风电和光伏发电作为新能源的代表,在世界范围内获得了广泛应用。但是由于新能源发电具有不同于常规机组的出力特性,因此在系统中大量常规机组被风电和光伏替换的同时,系统的功角稳定特性也将发生变化,这使得新能源电力系统功角稳定性分析的难度大大增加,并且给系统的实际带来了很大的麻烦。因此需要对电力系统的暂态功角稳定性和小扰动功角稳定性进行重新解释与判断。针对高比例新能源电力系统的功角稳定研究问题,本文首先从新能源接入系统功率交换的角度,根据风机和光伏出力所受不同因素的影响,分析建立新能源发电机组接入电网的数学模型,表现了它们在接入系统后的不同特征,说明将风机和光伏发电装置分别等效为PQ节点或者转化为PQ节点的可行性,接着从电力系统运行的基本方程入手,利用简化的常规机组、参考机组和新能源机组等构成的新能源电力系统模型,通过网络方程的数学变换和公式推导揭示出高比例新能源替换常规电源后的系统的稳定原理,分别得出使得系统能够保持暂态稳定和小扰动稳定的新能源最大的替换功率,且求得的结果与系统的节点参数有关。然后在DigSILent PowerFactory分别仿真了 WSCC-3机9节点系统和新英格兰10机39节点系统中发电机为常规机组、风机机组、光伏发电装置时的不同接入功率的功角稳定情况,验证了理论推导结果的正确性。