随着电网规模的不断扩大和各国大停电事件的时有发生，暂态稳定问题越来越受到重视。现有研究虽已颇具成效，但实用时仍面临许多困难。近年来逐步兴起的基于广域测量系统(Wide Area Measurement System, WAMS)的电力系统暂态稳定性分析与控制问题研究，通常总是希望能够获得所有发电机的信息。然而由于昂贵的配置费用，目前还不可能在所有发电机节点都安装相量测量单元(Phasor Measurement Unit, PMU)。不完备的PMU配置格局，一定程度上制约了有关方法应用时必备的可观测性和可控性。然而，即使所有发电机节点都安装了PMU，是否就一定有必要全部加以采用？能否有方法对PMU的配置具有比较弱化的要求，或只需要部分关键发电机节点的PMU信息就可以满足有关分析与控制的要求呢？针对这些矛盾和焦点问题，本文提出了以临界机组和非临界机组构成的临界机组对为研究对象的设想，并重点探讨了快速暂态稳定性分析方法、紧急控制策略及有关稳定临界参数的计算等问题。为论证以临界机组对为研究对象设想的理论正确性，论文首先论述了临界机组对的稳定信息可等价反映整个系统暂态稳定性的观点。在此基础上，推证了等面积法则(Equal Area Criterion, EAC)可应用于多机系统中的临界机组对的结论，从而为基于简便实用的EAC进行电力系统暂态稳定性分析与控制问题研究，奠定了理论基础。为从临界机组对和EAC的角度形成多机电力系统暂态稳定性快速评估方法，论文基于故障后短时间内临界机组对的PMU量测信息，通过正弦曲线拟合方式预测临界机组对的功角轨迹，进而应用EAC对临界机组对暂态稳定性进行实时快速判断。在提出基于临界机组对的暂态稳定性快速预测方法的基础上，给出了定量表示系统暂态稳定程度的指标，并对方法可能产生的误差进行了分析。研究表明，所提方法不需识别临界机群，所需信息量少，在线实时应用时，可显著弱化对PMU配置的要求。仿真结果显示了比较高的准确性，验证了方法的正确性。临界机组对的功角曲线通常虽然可以采用正弦曲线进行拟合，但在遇到系统强时变因素时，是否仍然适用，有待深入探讨。论文针对临界机组对功角曲线拟合问题，分析了强时变因素对系统暂态稳定性的影响，并建立了基于模型和不依赖模型的时变因素强弱指标，从理论上分析了强时变因素分布的规律，并指出了正弦函数拟合功角曲线的适用性。在此基础上，针对强时变因素，提出了基于系统实际轨迹的暂态稳定判别和稳定性指标计算方法，计算精度高，但计算速度有所下降，可推荐应用于在线预决策分析环境。故障临界切除时间(Critical Clearing Time, CCT)是电力系统暂态稳定评估中常用的参数。论文提出了利用临界机组对信息求取CCT的计算方法。在仿真迭代过程中，只需要两台机组的信息，省去了庞大繁杂的数据计算整理过程，且一般2~3次迭代就可收敛至实际值。该方法对于大系统，计算效率提高更加明显。进一步地，提出了改进的CCT求取方法，计算时间较时域仿真法及基于全部机组的迭代方法显著缩短。利用能量函数法稳定裕度灵敏度求取切机、切负荷量受到广泛的认可，但基于全系统稳定裕度的灵敏度无法反映针对每台失稳机组的调节能力。基于此，本文提出了基于临界机组对稳定性指标灵敏度的切机、切负荷控制算法。推导了临界机组对稳定性指标灵敏度的表达式，并给出了切机、切负荷地点及控制量算法，进而结合基于实际轨迹的非实时暂态稳定分析方法，提出“在线预决策，实时匹配”的控制策略；结合实时暂态稳定分析方法提出了“实时决策，实时匹配”的控制策略。最终形成的紧急综合闭环控制系统，可应用于电网的在线监测与控制。