高比例新能源的接入、开放共享通信网络的大规模应用是现代电力信息物理系统的两大主要特征。在此背景下,频率稳定性受到物理层与信息层的双重挑战:1)弱惯性量新能源机组的大规模接入压缩了传统具备旋转惯量的同步发电机组的比例,导致电力系统在应对负荷与新能源出力波动时缺乏足够的惯性量支撑与充足的频率调整裕度,引发频率偏差过大甚至发生频率越限。2)参与设备与互联规模的扩大导致参与发电设备状态量与控制中心发出的控制指令需要通过网络传输。而开放的通信网络存在延时、丢包及恶意网络攻击风险会导致频率控制系统稳定裕度下降甚至失稳。3)除信息层面的恶意网络攻击外,物理层面的突发设备故障同样会导致频率控制系统发生结构性突变与运行参数大范围转移。上述事实对维持有功功率平衡、快速阻尼频率偏差的重要手段——负荷频率控制（Load Frequency Control,LFC）策略设计提出更高要求。本文从物理层系统惯性量与调频容量提升、信息层数据流传输特性解析、网络化控制策略设计、信息/物理故障容错性能强化四方面开展LFC策略设计研究。主要研究内容与成果为:1.在物理层面提出利用虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator,VSG）控制的电储能设备提供辅助调频服务的负荷频率控制策略。考虑储能设备能量有限,提出一种计及储能设备荷电状态的频率调整任务分配方法,从而提升系统调频能力。其次,在建立VSG控制的储能系统小信号模型的基础上,提出计及新能源、负荷、储能设备以及同步发电机的负荷频率控制系统架构,并推导了相应的状态空间方程。最后,针对建模误差和外部功率扰动对频率偏差阻尼性能的影响,设计了基于线性二次性高斯的控制策略。算例仿真结果表明,所提方法能够有效提升系统在应对有功功率供需失衡情形下的频率偏差阻尼性能,并能够有效避免储能设备过充过放,从而延长其使用寿命。2.在信息层面提出一种基于确定网络演算与跳变控制的网络化负荷频率控制策略。在采用确定网络演算理论推导了多数据流竞争通信信道时的传输延时上界的基础上,基于跳变控制理论准确描述了频率控制系统动态响应特性与有界随机延时间的映射关系。通过构造Lyapunov泛函推导了具有双线性矩阵不等式形式的闭环稳定约束条件;并以关于频率偏差峰值、峰值时间、调整时间的目标函数最小为目标,将控制器求解问题转化为约束优化问题。多区域仿真结果表明,所提方法能够有效避免由于延时估计不精确带来的乐观设计或保守设计问题,并取得满意的频率偏差阻尼性能。3.考虑到以分布式方式注入异常数据流的网络攻击将导致正常数据流传输延时显著增大,导致以正常传输延时为设计依据的控制律失效,提出一种基于确定网络演算的自适应负荷频率控制策略。首先,基于确定网络演算理论建立了传输延时上界与异常数据流以及通信网络关键参数之间的解析关系,从而依据时延量将异常流量攻击划分为不同的攻击强度等级。其次,通过构造LyapunovKrasovskii泛函严格推导了保证闭环系统在每个攻击强度下渐进稳定的约束条件,并构建与各攻击强度对应的控制器集合。最后,以数据包实际传输延时为决策变量选择最匹配的控制器增益投入控制回路中。与传统固定增益的负荷频率控制设计策略相比,所提策略面对不同强度的延时攻击时具有更好的动态性能。三区域互联电力系统的仿真结果表明,该方法能够保证负荷频率控制系统有效抵御延时攻击,从而增强了电力信息物理系统运行可靠性。4.进一步地,综合考虑物理层突发物理故障、信息层恶意网络攻击对电力系统频率稳定性的冲击,提出一种基于增益调度的负荷频率主动容错控制策略。首先,根据故障作用效果建模了物理故障/信息攻击下的负荷频率控制系统状态空间模型,针对每种故障类型设计了控制器并构建成控制器库。其次,针对传统容错控制方法需要依赖精确的先验系统参数才能构造故障辨识模块的弊端,提出仅依赖输入/输出信息的负荷频率控制系统动态行为重构与最匹配控制器一次性投切方法。最后,仿真结果表明,所提方法可以在不依赖先验系统参数的情形下达到与传统基于故障辨识的容错控制策略相近的控制效果,从而更具有实用性。