随着我国“西电东送、北电南送、水火互济、能源资源大范围优化配置”的电网格局逐渐形成,区域电网间受到各种复杂扰动因素的可能性大大增加,极易造成发电机之间功角稳定的破坏,显著增加了系统发生连锁故障以及振荡失稳的概率,严重威胁着电网的安全。对其进行有效、可靠的安全分析及控制以使其保持安全稳定运行是一项富有挑战和意义的课题。为此,本文以域的方法描述参数和扰动,以跳变过程描述连锁故障过程,对系统开展功角稳定分析的研究,在此基础上,提出考虑扰动和参数不确定性的安全控制策略以及考虑连锁故障过程的安全控制策略。通过对系统功角稳定分析及控制策略开展研究,论文研究的主要内容和成果有:(1)针对传统小扰动稳定域在功角稳定安全分析时难以考虑系统可能出现的持续振荡和低阻尼比情况,提出一种基于改进小扰动稳定域的电网功角稳定分析方法。首先,借助映射理论将系统从改进小扰动稳定域映射到负半平面上,并通过直和运算构成保护映射,然后利用保护映射方法准确快速地求解出改进小扰动稳定域的边界。仿真结果表明:基于保护映射的电力系统改进小扰动稳定域描绘方法具有较高的精确度和有效性。最后,进一步分析了发电机励磁系统参数对改进小扰动稳定域的影响,该成果对于指导系统调度运行,对系统可能出现的小扰动失稳进行准确预警具有重要意义。(2)针对不同类型、不同大小的扰动对电力系统功角稳定性的影响程度难以定量描述的难题,提出一种基于能量稳定域的电网功角稳定分析方案。首先,将发电机电枢反应过程中时变阻尼分量定义为动态阻尼,充分考虑功角失稳过程中,时变因素对系统动态特性的影响,将动态阻尼进行能量化处理,构造同时考虑扰动大小和系统状态的电力系统动态稳定判据。并据此在参数能量空间建立能够直观反映不同扰动下系统动态稳定性的能量稳定域。通过分析该能量稳定域内、外不同参数-能量对的仿真结果,验证了所求能量稳定域的正确性及有效性。本文的研究成果对于指导系统调度运行,对系统潜在风险准确预警,从而制定控制方案,保证系统安全稳定运行具有重要意义。(3)针对连锁故障引发的系统大停电等安全稳定问题,提出一种考虑连锁故障的多工况电力系统功角稳定安全分析方法。首先,基于历史数据考虑连锁故障过程中断路器、继电保护装置等一、二次设备不确定动作、失效等对连锁故障事故链的影响,基于实时工况考虑连锁故障过程中潮流转移对连锁故障事故链的影响,并计算事故链中各工况间转移概率矩阵。在此基础上,建立基于离散马尔科夫理论的系统跳变模型,并基于该模型建立李雅普诺夫函数,推导鲁棒随机稳定性判据,分析系统稳定性。仿真结果表明该方法能够有效判别电力系统在连锁故障过程中多工况变化时的功角稳定性,与时域仿真法相比,无需获取系统运行轨迹,且计算量较小,简单易实现,能够对连锁故障过程中的系统稳定性作出准确判断。(4)针对电力系统扰动及参数模型难以匹配系统实际工况,造成控制效果难以保证系统稳定性的情况,本文提出了一种考虑系统不确定性的Youla参数化鲁棒控制策略。首先,将测量误差和参数估计引入的不确定性通过摄动矩阵描绘,将运行点变化引入的不确定性用凸多胞体模型描绘,再通过求解满足2范数与无穷范数有界的不等式得到Youla参数化矩阵,将实际系统与标称系统之间的输出误差,通过Youla参数化矩阵引入至输出反馈控制中,最终使系统不仅能满足H2/H∞鲁棒性能,而且能够实现对输出误差的追踪。仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器对扰动和参数引入的多种不确定性因素均有良好的适应性,与依赖精确模型的控制方法相比,不仅能够更为迅速的平抑系统功角失稳现象,而且对多工况系统具有更强的鲁棒性。(5)针对连锁故障过程当中的时滞功角稳定控制策略设计问题,本文提出了基于离散马尔科夫理论的连锁故障功角稳定时滞控制策略。首先,将连锁故障过程用离散马尔科夫理论进行描述并建模,引入时滞项后,基于Newton-Leibniz公式构建李雅普诺夫泛函,并结合系统跳变特性构造非线性时滞功角稳定控制器,为了优化控制器求解过程,进一步利用Schur补理论将控制器求解过程中的非线性项解耦,实现非线性矩阵不等式的LMI求解,大大提升了控制器的求解效率。