电力系统是一种典型的信息物理系统，其动力学具有混成性、非线性、高维度、包含控制变量等特点。安全性是电力系统运行中的一项重要指标。为了保证电力系统安全稳定运行，动态安全性分析问题成为该领域的一个核心问题。该领域传统的时域法和直接法难以解决由系统动态的混成性和系统中控制变量导致的时空无穷分辨率难题。　　针对这些难点，本文提出从混成系统建模与形式化验证的角度来研究电力系统的动态安全性分析问题，建立了基于快速扩展随机树的电力系统动态安全性分析方法、电力系统动态安全性分析的隐式模型方法和基于水平集的稳定性区域计算方法，并分析单机无穷大系统、兆瓦级频率控制的两区域互联系统和39母线新英格兰系统等多个运行实例，对所提算法的有效性进行验证。　　本文以混成自动机、采样方法和水平集方法等为工具，将电力系统的动态安全性分析问题建模为系统混成自动机模型的可达性问题，并对空间和时间进行离散采样，采用随机仿真的计算框架开展动态安全性问题分析，利用水平集方法进行稳定性区域的描述和估计。实验结果表明，所提出的算法在处理包含控制变量的混成系统方面优于现有的计算方法。　　围绕动态安全性分析问题，本文主要包括三个方面的主要研究内容及贡献:　　(1)基于快速扩展随机树的电力系统动态安全性分析方法(RRTM-E)。利用混成自动机模型，对电力系统复杂的非线性混成动力学建模，将动态安全性分析问题形式化地描述为系统模型的可达性问题。引入混合采样策略、混合度量以及混合扩展计算框架，扩展经典的快速扩展随机树算法，建立RRTM-E计算框架，在混成状态空间中搜索可行执行。该方法是基于概率的，以点集而非连续状态集为基础，能够避免目标系统的非线性、高维度和时空无穷分辨率所带来的计算困难，可以进行含控制变量的非线性混成系统验证。在确认系统安全性的前提下，该方法还可以合成可保证的控制策略。该方法具有概率意义下的完备性。　　(2)电力系统动态安全性分析的隐式模型方法(RRTM-I)。对于大规模电网系统，以电力系统仿真器进行隐式建模，基于采样方法，建立RRTM-I计算框架;对于以微分代数方程描述的系统动力学，提出一种新的采样策略和混合度量函数，实现非线性混合状态空间搜索;采用随机仿真的计算框架，使得电力系统仿真工具能够用于混成系统的形式化验证及控制器合成。该方法从统一的角度研究电力系统的动态安全性分析问题，能够同时验证暂态稳定性和电压稳定性。对39母线新英格兰在遭受三相对称故障情况下的动态安全性分析说明了RRTM-I的有效性。　　(3)基于水平集的稳定性区域计算方法(LSBM)。以计算后向可达集的方式，考虑动态安全性分析问题中计算可行初始区域的问题，即稳定性区域计算问题。基于恰当的控制策略，利用水平集方法计算后向可达集，建立LSBM计算方法，计算单机无穷大系统的稳定性区域，计算结果比理论结果乐观。在LSBM中，提出基于Shannon小波的水平集方程向后求解算法。该基于小波的算法，不依赖于网格且重构系数计算相互独立，在处理任意维度问题和计算过程并行实施方面表现出潜力。数值算例验证了算法的精度。