电网规模的日益增大和大规模风电的集中接入使得电网的分析、运行与控制变得更加复杂。一方面,区域电网的互联和高电压、远距离、大容量的送电方式,使得电网特性相对之前有了极大的改变,电网的复杂度和非线性大大增强,给电网的安全稳定运行带来了新的隐患。另一方面,大规模风电的集中接入使得原本可控可调的同步电源组成的电力系统耦合了大量具有随机波动出力特性的风电机组,使得电力系统转变为随机-确定性耦合电力系统。这种随机-确定性耦合电力系统中,风电机组与常规机组之间存在复杂的耦合和交互作用,风电机组与常规机组的巨大差异使得电网阻尼特性发生了极大的改变;同时,风电出力的随机波动使得电力系统低频振荡的稳定也呈现出随机特性。在这种情况下,研究电力系统本身的非线性及大规模风电接入对低频振荡的影响具有重要的理论价值和现实意义。本文针对日益复杂的电网和大规模风电的集中接入,结合我国风电特有的远距离、高电压输送的特点,围绕电力系统的非线性特性以及大规模风电接入对低频振荡的影响,对考虑非线性后的低频振荡机理以及大规模风电接入后系统低频振荡的分析、预警及控制进行了研究和探索,主要工作归纳如下。1.针对系统在仍处于正阻尼的情况下发生增幅低频振荡的现象,指出电力系统中非线性因素对低频振荡的影响,在研究阻尼转矩非线性特性的基础上分析了考虑阻尼功率后的实际功角摇摆轨迹,并据此提出了电力系统阻尼特性的动态效应:即在系统振荡过程中阻尼将发生动态变化,稳定运行点处功角较大且振荡幅值较大时,系统表现出的阻尼相对于稳定运行点的阻尼将会下降。基于阻尼特性的动态效应对此类未知低频振荡现象进行机理性的解释,为部分机理不明低频振荡的分析和控制提供了新的思路;2.针对大规模风电接入对电力系统低频振荡阻尼特性的影响,首先基于特征根所表现出的突变指征,采用突变理论建立了含大规模风电互联电力系统二维功率注入空间小扰动稳定域边界模型,并将其扩展至多维,建立了含大规模风电互联电力系统多维功率注入空间小扰动稳定域边界模型;在所建边界模型的基础上,采用风电场耦合接入单机无穷大的系统,通过边界的对比,研究了风电接入规模以及其与常规机组耦合强度对低频振荡阻尼特性的影响。本文的研究大大扩展了以往研究的视角,得出的结论则定性地解释了以往研究中结论存在相互矛盾的现象;3.针对风电出力的随机波动特性,基于马尔科夫链研究了计及风功率不确定性的多时段低频振荡失稳概率。首先介绍了马尔科夫链的基本原理,在此基础上,采用转移矩阵和风电转换模型研究风功率的不确定性,建立了多时段风功率的概率分布模型;进而采用基于边界的失稳概率评估方法建立了含风电电力系统多时段低频振荡失稳概率的评估模型。相对于以往的研究,本文着重考虑了风速自身的转移特性,能够对多个时段系统的失稳概率进行分析,大大扩展了以往研究的时间尺度,为含风电电力系统低频振荡失稳概率的研究提供新的思路和方法;4.在前三部分研究内容的基础上.提出了一种新的低频振荡预警及控制策略。针对含大规模风电的电力系统,基于小扰动稳定域边界,并考虑风功率的不确定性,提出稳定裕度和下一时刻系统失稳概率两个低频振荡的预警指标,用以低频振荡的快速预警,并对预警的运行方式提供相应的控制策略。相对于以往的研究,本文所提的低频振荡预警及控制策略计算速度快,对变化的运行方式具有很好的适应性,能够对系统当前的运行状态进行有效的评估并给出合理的控制策略。