大区域电网互联运行后,频率动态时空分布成为大规模电网动态演变的显著特征,目前分析频率动态的方法是通过建立电力系统各元件的详细模型,然后对其进行时域仿真。但是传统的方法无法从理论上对频率时空分布现象进行准确分析和解释,因此,通过建立新的频率动态分析理论,探索频率动态时空分布的形成机理及其影响规律,对大规模互联电网的安全运行和稳定控制具有重要的理论意义和实用价值。本文针对大规模电网中频率动态分布机理及机电扰动传播特性等科学问题,建立了计及电网空间信息在内的频率动态分析模型,并运用色散现象诠释机电扰动在电网中的消纳机理、通过反射与透射现象探索频率动态大范围传播的物理本质、基于能够反映电网实时动态的广域量测数据,构建一种能够提取频率动态演变过程中时空分布信息的方法。论文主要有以下5部分组成:(1)从同步发电机、输电线路、调速器的基本模型出发,对建模过程中假设条件的合理性进行了论证,借助链式电力系统建立频率动态的时空演变模型,推导出离散模型下的广义波动方程,并讨论了广义波动方程解的问题,基于波动理论定义频率波的概念用于描述频率动态在电网中的时空分布特性,最后通过对标准测试系统的仿真分析,从定性和定量两个角度验证了理论分析的正确性;(2)基于波动理论,推导出不同详细程度的频率传播模型对应的色散关系,并分析色散关系所描述的物理意义,重点讨论了发电机内电抗对色散关系的影响,并分析了频率波在传播中衰减特性并推导出频率波的衰减系数,得到频率波在不同传播方向具有不同的衰减特性;(3)基于频率波传播的广义波动方程,分析了扰动在传播过程中在边界处的反射与透射现象,并推导出频率波传播的反射系数和透射系数,对频率波传播的连续模型和离散模型进行对比,指出离散系统中的反射和透射受频率振荡频率的影响;(4)基于经验正交函数分析法,建立了频率动态的统计模型,该模型将广域量测数据分解为时间和空间上的函数,能够提取频率动态过程中的行波分量和驻波分量,通过定义量化指标来衡量行波分量和驻波分量,并根据所提取的时空信息来估算频率波在电网中的传播速度;(5)从仿真的角度对风电接入系统和实际电网进行仿真分析,验证了电网中的频率动态具有时空分布特性。传统的风力发电方式无法有效地对电网提供惯性支持,使得风电接入后的系统惯性水平下降,从而影响频率波在电网中的传播特性;实际电网的拓扑结构复杂而且电气元件的参数具有一定的差异,而且频率波在电网中的传播路径也具有多样性,使得电网频率的变化错综复杂。