电力电子技术在电力系统中的普及正使电力系统的特性发生一系列的变化,电力系统稳定问题愈加复杂。由于电力系统动态特性的变化,由传统电力系统分析定义的稳定之间的关联性也越来越强。电力系统的暂态特性是由装备暂态特性和网络暂态特性共同决定的,建立相应时间尺度下的系统模型是分析稳定问题的关键前提。将交流装备在不同时间尺度都视为内电势含幅值/相位两个自由度的交流电压源是幅相运动方程解决在电力电子化电力系统的新格局下对电力系统稳定问题进行统一分析的思路。它揭示了系统动态过程中有功/无功—相位/幅值运动相互驱动的动力学本质。本文基于幅相运动方程的思路研究了机电时间尺度下同步发电机的暂态响应和内电势幅值相位联合稳定的问题。具体研究内容分为以下几个方面:(1)建立了机电时间尺度下同步机幅相运动方程的暂态模型。基于同步发电机运行过程中功率流动的物理过程和内电势幅值相位变化的根本原因,并且指出功角稳定性和电压稳定性之间的研究进展程度的差异源于对动能与势能认识成熟程度的差异。基于此建立了以有功/无功为驱动,内电势幅值相位为响应的同步机幅相运动方程,通过与同步机实用三阶模型的短路故障仿真对比,证明了同步机幅相运动方程模型正确性和该模型在解释内电势幅值运动机理上的优势。(2)基于所建立的同步机幅相运动方程的暂态模型,从时域响应特性角度研究装备暂态特性的思路,分析了同步机的开环暂态响应特性。并结合同步机的闭环暂态特性,分析了网络特性和装备特性共同作用下内电势幅值相位的耦合作用。进一步基于同步机幅相运动方程的暂态模型分析了电网故障下内电势幅值相位联合稳定的机理,通过有功—相位,无功—内电势幅值曲线描述了故障下同步机内电势状态量的暂态行为。结合等面积法则分析了故障下内电势幅值相位联合稳定的机理,基于内电势幅值对同步机相位摇摆过程的影响提出了提高暂态稳定性的方法。