近年来,我国电力系统面对能源问题主要有两方面的措施,一是利用能源丰富地区的电能支援负荷需求大的地区,例如建设大功率的高压直流线路将西部地区富余的电能输送到东部沿海城市;二是开发可再生的清洁新能源,如风电场的建设和集中接入电网。前者使得区域电网间的功率交流加重,一旦联络线故障将造成送受端电网面临大功率不平衡问题;后者满足更高负荷需求的同时却减少系统惯性,降低系统的调频能力。在此情况下,电力系统的频率稳定性较过去受到更大威胁。电力系统频率特性分析是指研究扰动造成的不平衡功率对系统冲击下的频率变化响应,分析动态频率特征特别是频率变化的极值和稳态值。论文在电力系统频率特性与频率预测方面开展研究,针对调速器中存在的死区、限幅非线性环节,提出基于广域量测的最低频率和稳态频率预测算法;结合频率计算方法,考虑非线性环节对系统稳态的影响,提出兼顾效率和准确性的静态安全评估方法。主要研究工作如下:(1)针对在实际电力系统中广泛存在的死区环节,提出计及调速器死区非线性的电力系统扰动后最低频率快速计算方法。在只考虑一次调频的情况下,首先分析扰动后系统的动态过程,对比计及死区前后的频率响应曲线;详细分析死区环节存在时的调速器各状态变量间的关系和变化过程,给出输入与输出变化关系的数学表达式;然后推导调速器的描述函数,通过阶跃响应实验和曲线拟合的方法确定调速器的等值参数,建立考虑死区非线性的电力系统频率响应模型;最后在建立的频率响应模型基础上,通过开环假设将调速器的频率偏差输入与输出解耦,结合扰动后频率动态特性的正弦假设,推导最低频率的计算方法。利用IEEE-9标准测试系统和国内某实际系统的仿真结果对比分析算法的有效性和准确度。(2)不考虑动态过程,基于考虑死区非线性的频率响应模型推导含死区环节的调速器控制下的发电机静态功频特性,提出考虑死区非线性对稳态频率影响的有效调差系数;根据潮流迭代算法收敛前最后一步计算的原理,利用广域量测技术获得的扰动后瞬间量测量初始化系统状态变量,结合有效调差系数利用代数方程运算直接计算稳态频率。所提方法考虑了网络和负荷信息,并且相比现有方法能够体现调速器死区的影响,通过IEEE-9系统和国内某实际系统验证了算法的有效性,算法对死区宽度灵敏性较高并且优于不考虑死区的预测算法。(3)分析限幅环节限制下的调速器输入输出特性,利用饱和特性的数学描述等效含限幅环节的调速器非线性特性,利用描述函数法建立简化调速器模型;根据简化调速器模型参数和故障前运行状态,提出一种描述调速器在扰动后受到限幅的容易程度的指标,该指标值越小则表示越容易受到限幅环节限制;根据扰动功率与调速器平均调节裕度的比值确定受限幅的调速器数量,并按照指标大小选定该数量的调速器利用考虑限幅环节的简化模型等值,其余调速器用一般简化模型等值,应用推导的最低频率计算方法实现计及限幅环节的最低频率预测。与测试系统的时域仿真结果对比验证了所提算法的有效性,同时表明基于指标的预选方案提高了预测精度。(4)建立考虑死区和限幅非线性环节的动态潮流模型,计算功率扰动后电力系统的稳态功率分布以及电压、电流、相角等参数的稳态值;在该模型基础上提出针对大规模电网的静态安全评估方法,利用动态潮流计算的快速性和对故障后稳态模拟的精确性,在减少计算成本的同时得到准确的安全裕度,通过对低裕度故障的时域仿真为控制措施提供详细信息。动态潮流模型的有效性经过与时域仿真的对比得到验证,最后将提出的方法应用于南方电网的静态安全评估,达到了兼顾效率和准确性的目的。