国内外电力系统多次发生机网相互作用导致的发电机组损坏或者电网失去稳定。随着我国“西电东送”战略的实施,发电机组经电网远距离大功率送电成为一种普遍模式。随之带来的问题一是系统中多次发生机理不明的低频功率振荡,二是为了提高输电能力采用串补或高压直流输电使得次同步振荡问题突出。在我国电力体制改革实施厂网分开以后,发电机组和电网隶属于不同的电力集团。因此,保障发电机组的安全与保证电网稳定运行的矛盾亟需解决。深入分析与评估电力系统机网动态过程是保证大机组与大电网安全稳定的基础。本论文从刚体运动稳定性角度分析电力系统机网动态过程。首先根据单刚体运动稳定性理论,通过建立机网耦合模型与数字仿真平台,分析了调速系统扰动对电力系统小信号稳定性的影响。仿真结果表明,当调速系统扰动频率与电力系统自然振荡频率接近时将导致系统出现等幅值的低频功率振荡。然后从多刚体运动稳定性理论出发,采用机组作用系数法和复转矩系数法分析了HVDC引起的次同步振荡,并设计了次同步振荡阻尼控制器,通过仿真验证了SSDC抑制次同步振荡的有效性。对多刚体运动稳定性边界进行了研究,改进了多刚体轴系模型。应用互补群群际能量壁垒准则分析了我国漳泽发电厂的轴系扭断事故。研究表明互补群群际能量壁垒准则能够计及故障后机网间的能量交换,适用于非自治轴系扭振的稳定性分析。针对发电机组轴系参数不准确的问题,采用不确定参数的简单集中质量模型来描述汽轮发电机组轴系。计算了特征值对轴系参数的灵敏度,灵敏度大的轴系参数的改变对次同步振荡的仿真结果具有显著影响。应用概率分配法简化了轴系参数不确定性与轴系各质量块之间扭矩的关系。研究表明,轴系参数的不确定性引起了次同步谐振较大的不确定度；本文设计的SSDC在轴系参数不确定性情况下仍然能有效地抑制次同步振荡。从材料力学出发分析轴系失稳的机理,提出了一套次同步振荡对轴系作用的评估方法：当轴系所受到的最大剪切应力超过强度极限时,轴系将被破坏；当剪切应力低于强度极限而高于疲劳极限时进行疲劳损伤计算。对于变幅值的次同步振荡通过雨流法将其分解为一系列等幅值的振荡波形,再根据轴系S～N曲线计算疲劳损伤。当疲劳累积利用系数达到1时,轴系消耗100%的寿命,将以疲劳失效而被损坏。通过IEEE第一基准模型的SSR算例和HVDC引起的SSO算例,表明了本论文提出的次同步振荡对轴系作用的评估方法的有效性。