作为可再生清洁能源之一的风电,因具有最大的可开发潜力使得其并网规模愈来愈大。大规模风电并网导致电网不确定性增强,系统惯量下降等问题,严重威胁电力系统的安全、稳定运行。本论文首先从大规模风电并网导致的潮流变化及其分析方法带来的挑战出发,研究了大规模风电并网系统不确定潮流/优化潮流的量化分析方法;紧接着,综合考虑到系统运行点的不确定性以及系统的实时性和高度非线性特征,对大规模风电并网系统的频率稳定性以及并网风机轴系扭振两大较关键的动态行为控制问题进行了研究。分别建立了适应大规模风电并网特点的潮流/优化潮流量化分析框架及与频率稳定性和并网风机轴系扭振相关的非线性控制策略。一方面,风电的动态过程是一种伴随着随机扰动的高度不确定过程,使得潮流量化分析及优化潮流量化分析工作异常复杂。如何高效准确地量化分析不确定性潮流/优化潮流则成为大规模风电并网电力系统分析与控制研究工作中亟待解决的新难题。其中,概率潮流适用于风电统计数据充足的情况;当统计信息不完整时,则采用模糊潮流以及区间潮流。然而,上述理论方法却无法有效考虑信息不完整情况下计及风电相关性的大规模风电并网系统潮流/优化潮流量化分析。另一方面,除了上述系统运行点不确定的因素外,高度非线性、实时性等特征也成为大规模风电并网系统不得不面对的复杂局面,这使得电力系统动态行为控制研究工作难度面临前所未有的新高度。本论文着重研究两个风电并网系统较关键的动态行为控制问题:大规模风电并网系统频率稳定性控制以及并网风机轴系扭振抑制。传统方法以线性系统理论为依据,只能在系统遭受小干扰情况下才具有较小的误差,然而风电的强波动性及系统的高度非线性大大降低了其精确性甚至导致近似线性化系统远远偏离实际系统,使得所设计的控制器达不到满意的控制性能目标;此外,自适应方法及实时优化措施虽然能在一定程度上提高系统对抗风电不确定性的鲁棒能力,但是其需要在系统的每一个运行点处进行建模和优化,这对高度复杂的电力系统来说无疑是巨大的工作量。基于上述原因,本文在国家重点研发项目《可再生能源基地直流外送系统的稳定控制技术》（2017YFB0902002）支持下,以大规模风电并网系统分析及控制为主要研究方向,重点开展以下研究工作:1)大规模风电并网系统不确定潮流量化分析为解决在风电功率信息不完整的情况下,因忽略风电功率相关性而造成的不确定性潮流量化精度及效率急剧下降的问题。本文基于证据理论及椭球理论相结合,建立了考虑信息不完整情况下风电相关性的不确定潮流量化分析理论框架。该框架与最新的传统不确定潮流量化分析方法相比,量化精度更高、计算速度更快。2)大规模风电并网系统不确定优化潮流量化分析本论文提出了一种基于信念函数、广义贝叶斯理论以及传统证据理论的优化潮流量化分析理论框架,旨在解决在风电功率数据不足的情况下,将具有大量复杂相关性特征的风电功率纳入不确定优化潮流量化分析工作中的问题。3)大规模风电并网系统频率稳定性控制由1)和2)中的研究内容可知,系统运行点的不确定性会随着大规模风电并网而大大提高,同时电力系统还是一个非线性动态复杂系统,这使得电网频率稳定性控制工作难度进一步提高。为此,本论文基于全息目标反馈非线性控制理论提出了一种新型的鲁棒非线性虚拟惯量控制器,使得风机能够更好地支持电网频率的同时有效抑制由此产生的风机轴系扭振。4)大扰动下并网风机轴系扭振控制在上述并风机轴系扭振研究的基础上,进一步探索大规模风电并网系统在遭遇大扰动下引发的风机轴系扭振控制策略,本论文将非线性控制方法与扩张状态观测器相结合,提出了两种并网风机轴系扭振非线性抑制方法,获得了较好的控制性能以及处理系统不确定运行点的良好鲁棒能力。