非线性理论是分析电力系统动态稳定性的重要方法和热点课题。随着电力系统的规模越来越大、风力发电机等新能源发电单元大规模接入电力系统，电力系统的非线性、不确定性越来越强。在一定条件下，电力系统会发生分岔或者混沌现象，威胁电力系统的安全性。论文研究的目标：建立风电场电力系统的微分代数方程，探索风电场电力系统非线性动态特性与风电场电压振荡的关系，研究风电场电力系统中诱发分岔甚至混沌机理。针对风电场电力系统非线性特点，研究有效的变结构控制方法，抑制风电场电力系统的分岔和混沌现象。论文研究的主要内容包括以下几个部分：（1）建立了风力发电系统的动态模型。完成了单台双馈风力发电机组和单台永磁直驱风力发电机组并网动态数学模型（其中包括发电机、变流器和桨距角动态模型）的建立。并对大规模并网风电场进行了等效，建立了等效风力发电机组并网动态数学模型，详细介绍了各个参数的等效计算方法。（2）建立了永磁直驱风电场和双馈式风电场电力系统微分代数方程，追踪了系统的平衡解流形，研究了平衡解流形上出现分岔点或者混沌的条件和机理。为了提高计算效率，提出了一种追踪平衡解流形的改进算法。研究了风电场电力系统的动态特性，指出参数的变化会使得系统产生分岔甚至失去稳定现象，研究也表明风机台数增加以及变流器参数的变化会引起系统出现次同步谐振和低频谐振现象。在PSCAD的仿真环境下对上述观点进行了验证，在此基础上提出缓解次同步谐振和低频谐振的办法，并且在实际风电场进行了验证，为风电场实际动态特性研究提供了理论依据和实践基础。（3）将建立的数学模型和宁夏嘉泽同心站风电场的实际风场相结合，在嘉泽风电场进行了现场实验，实验数据表明大规模风电场电力系统的确存在分岔和混沌的情况。通过对实验数据进行相空间重构，找到各个阶段的吸引子，计算各个时间段的最大Lyapunov指数，来研究实验过程中的电压在不同时间段的动态属性。（4）基于模糊自适应变结构控制方法实现了风电场电力系统的有效控制。将复杂切换函数模糊化的自适应控制引入到系统对混沌现象进行控制，研究表明，该方案的响应速度和控制精度都比常规的线性化反馈控制更好。