环境污染与能源危机促进了以风能、太阳能为代表的可再生能源发电技术的发展。微电网是实现分布式可再生能源有序高效接入电网的重要途径和关键技术。由于自然灾害、外力破坏、负荷突增、人为误操作等不可避免因素,微电网会经受如短路故障等大扰动冲击。微电网中电力电子变换器过流能力弱、同步控制策略多样、抗扰动能力差的特点,使得大扰动时微电网面临严重的安全稳定运行难题。如何保证微电网在不脱网状态下的安全稳定运行成为大规模推广微电网技术亟需解决的瓶颈问题。本文聚焦大扰动时微电网安全稳定运行问题,从暂态运行特性分析与控制、暂态同步稳定性两个方面开展研究工作,取得的研究成果如下:（1）针对微电网装置级安全运行难题,对比分析了采用不同控制策略的电力电子变换器暂态运行特性,提出了微电网差异化限流控制方法。微电网的暂态运行特性与所采用的控制策略密切相关,而微电网中电力电子变换器控制策略多样,给暂态特性分析带来困难。选取变换器典型控制策略,分别建立等值电路模型,利用解析求解和数值计算的方法定量刻画了变换器暂态运行特性。研究发现,电压控制型变换器面临严重的冲击电流问题。在此基础上,考虑微电网的频率稳定和变换器限流需求,提出了差异化限流控制方法,在保证电力电子变换器装置级安全的同时,兼顾系统的频率稳定需求。（2）针对微电网系统级稳定运行难题,发现了功率同步型变换器暂态同步失稳机理,定量刻画了微电网稳定运行范围。功率同步型变换器模拟同步发电机外特性,在大扰动时同样面临暂态同步失稳风险。考虑到功率同步型变换器的无功-电压控制环与同步发电机特性存在显著差异,发现无功-电压环对功率同步型变换器暂态同步稳定性有恶化作用。利用李雅普诺夫理论构建适用于功率同步型变换器暂态同步稳定分析的能量函数,并定量刻画了微电网安全运行区域和关键参数影响。在此基础上,提出基于参考有功功率调整的暂态稳定控制方法,在保持装置级安全限流的同时保证微电网的稳定运行。（3）针对控制模式切换时微电网暂态同步稳定问题,揭示了控制模式切换时微电网的暂态同步稳定机理,发现了强阻尼系统中首摆失稳后的再同步现象。控制模式切换是实现电力电子变换器限流控制的重要手段,而模式切换时微电网的稳定问题可归结为切换系统的稳定性问题,尤为复杂。以功率同步型变换器为研究对象,揭示了变换器在故障切除后和控制反切换后与电网的同步稳定机理,并提出了适用于切换系统的李雅普诺夫能量函数,定量判断系统的稳定性。考虑到微电网线路呈阻感性且系统阻尼较大,发现了微电网在首摆失稳后出现再同步稳定现象,并研究了决定微电网再同步能力的关键影响因素。（4）针对含多种同步控制策略的微电网暂态同步稳定问题,揭示了暂态同步稳定交互机理,提出了锁相环同步控制变换器跟踪功率同步型变换器角频率的系统稳定控制方法。以功率同步型变换器和锁相环同步型变换器并联系统为研究对象,建立了并联系统暂态交互模型,发现耦合相角对并联系统稳定性的决定作用。接着,分别以纯感性和阻感性网络条件为背景,指出当注入电流角与并联线路阻抗角满足一定关系时系统稳定性最优。在此基础上,提出了并联系统稳定性优化控制方法,大大提升了并联系统暂态同步稳定性。本文围绕大扰动时微电网的安全运行问题,从装置级和系统级两个层面出发,开展了微电网暂态特性与控制、暂态稳定判据、切换系统稳定分析和异构系统稳定分析等四项具体研究内容,所得到的相关结论可为大扰动时微电网的安全稳定运行研究提供研究思路和技术方案。