近年来,可再生能源发电技术迅速发展,成为突破能源与环境的双重约束,提供可持续能源保障的重要途径。大规模可再生能源并网需要以电力系统的安全性和可靠性为前提。一系列的复杂因素,比如可再生能源固有的随机和波动性,电力电子并网装置在弱电网和微电网条件下的振荡特性,以及新的运行模式下元件与设备间潜藏的复杂交互影响特性等,使暂态仿真工具在电力系统规划运行中的重要性日益凸显。本文从大规模新能源接入对暂态仿真的需求入手,基于数值分析领域的前沿工作,提出高效的暂态多时间尺度仿真方法。具体工作包括:(1)研究了指数积分方法在电力系统暂态多时间尺度仿真中的应用框架。建立了面向状态分析法和指数积分公式的局部线性化策略。在此基础上,从积分算子在(扩展)Krylov子空间上的投影原理出发,提出一种适于大规模暂态仿真的子空间降阶指数积分方法,自适应地调整降阶维数和雅各比矩阵更新速率,实现误差可控下的计算效率优化。基于实际风电场的算例研究展示了所提出算法对大规模问题良好的扩展性;(2)构建了基于积分算子scaling&squaring的稠密输出公式。构建了基于Krylov子空间伸缩不变性的步长伸缩方法,实现高效的变步长积分算法。在二者基础上,针对快慢动态过程模拟对积分算法的不同需求,提出了暂态多时间尺度仿真方法,实现不同尺度动态过程的同时、高效求解。算例研究综合展示了以上所提出各种算法的数值性能,实际系统测试算例给出了可观的加速效果;(3)在所提出的暂态多时间尺度仿真框架下,研究了集总参数-分布参数耦合系统的仿真问题。以分布参数长线为例,阐明了这类系统的状态空间模型由于时滞效应所产生的独特间断特性。在此分析基础上,构造了时滞微分-代数方程组的两类指数积分解法,以及基于误差控制的自动选择方法。所提出算法突破了分布参数系统对状态空间仿真程序的步长限制,对多能源系统联合仿真的效率提升有借鉴意义。(4)提出了大规模电力电子变流装置的多精度建模仿真方法。包括基于自然解耦和近似解耦的详细开关模型高效仿真,以及开关函数模型-动态平均模型自适应切换的多精度仿真。算例研究展示了所提出算法与商业仿真软件相比,更高的数值精度和更好的算法复杂度。