在可再生能源发电和特高压直流输电技术快速发展的双重驱动下，传统火电机组被替换，电网形态逐渐发生变化，频率动态响应恶化而控制资源量减少，频率稳定控制面临巨大的挑战。一方面，电网运行的不确定性和复杂性增加，且面临的潜在有功功率缺额事故的扰动量和发生概率增加。另一方面，电网等效惯量降低，一次调频(Primary Frequency Regulation，PFR)备用容量减少，热状态等因素对PFR能力的影响愈加明显。此外，新的电力安全事故处理政策的出台导致低频切负荷控制的冗余性降低，进一步削减了频率稳定控制的控制资源量。因此，为了应对上述电网形态变化所带来挑战，保障频率稳定，支撑可再生能源和特高压直流的持续接入和安全运行，研究大功率缺额扰动下电力系统频率控制技术具有重要意义。
　　本文以改进机组对功率缺额的响应机制和优化低频切负荷控制措施、提升控制效果为出发点，对机组PFR能力评估、机组频率控制和低频切负荷控制等方面开展研究，取得的创新性成果如下:
　　(1)针对机组PFR能力在线精细化评估问题，提出一种考虑锅炉热状态的机组PFR能力评估方法。首先，构建含热状态的扩展系统频率响应(Extended System Frequency Response，ESFR)模型，推导大功率缺额事故后频率动态响应在PFR时间尺度下线性、低阶的时域表达式。其次，提出考虑锅炉热状态的等效下垂系数(Equivalent Speed Droop Coefficient，ESDC)指标，以衡量机组真实的PFR能力，并从频率动态响应瞬时特征和累积特征两个角度构建量化分析框架，分析热状态对机组PFR能力的影响，为PFR能力评估提供基础。然后，提出基于ESFR的机组PFR能力在线评估方法，利用ESFR模型和广域量测信息在线预测频率动态响应特征量，对机组PFR能力进行快速估计。最后，提出基于ESDC的机组PFR能力在线优化方法，利用ESDC指标构建PFR能力优化模型，对PFR和低频减载(Under-frequency Load Shedding，UFLS)进行协调。算例分析结果表明，所提评估方法误差相对较小，能够为频率稳定分析和控制提供有效支撑;所提优化方法能够较好地协调PFR和UFLS，减少事故后UFLS非预期动作。
　　(2)针对大功率缺额事故下机组频率控制问题，提出一种基于事件驱动的机组功率超前控制方法。首先，构建基于事件驱动的机组功率超前控制框架，提出机组超前功率多级控制方案，利用扰动事件信息快速触发对应级别的超前控制策略，结合广域量测信息在线调节机组出力，实现超前功率多级控制。然后，提出基于模型预测控制(Model Prediction Control，MPC)的机组功率超前控制策略，利用MPC实现超前功率控制总量的滚动优化，并构建多时步优化模型分配各机组超前功率，以主动的机组功率控制减缓频率下降，减少被动的UFLS动作。最后，提出基于频率轨迹灵敏度(Frequency Trajectory Sensitivity，FTS)的机组功率超前控制策略，利用FTS优化超前功率控制总量，并对各机组超前功率进行优化分配，以协调配合UFLS，共同减缓频率下降。算例分析结果表明，所提控制方法能够充分利用有功功率备用，实现与UFLS的协调配合，改善电网频率动态响应，降低切负荷量。
　　(3)针对大功率缺额事故下低频切负荷协调控制问题，提出一种基于事件特征驱动的紧急切负荷控制方法。首先，构建频率-电压动态响应轨迹联合分析框架，量化描述受端电网在直流闭锁后的动态响应模式，理论推导并提取受端电网直流闭锁事故特征。然后，提出基于事件特征驱动的紧急轮切负荷控制方法，利用灰色关联分析(Gray Correlation Analysis，GCA)方法提取频率-电压动态响应信息，采用k-近邻(K-nearest Neighbor，KNN)方法辨识事故场景，配置紧急轮在直流闭锁事故后快速启动，以协调紧急切负荷(Emergency Load Shedding，ELS)和UFLS，填补控制空白区间。最后，提出基于FTS的紧急轮切负荷优化决策方法，构建多防线低频切负荷协调优化模型，利用FTS求解紧急轮动作方案。算例分析结果表明，所提ECLS控制方法能够较好地协调ELS和UFLS，改善电网频率动态响应，降低被动失负荷量。