随着我国风力发电持续快速发展，风机正逐步替代同步机成为局部地区电力系统中的主力电源，并改变着电力系统暂态行为。近年来，国内外电力系统不明机理的暂态事故频发，严重威胁着风电并网系统的安全稳定运行。
　　发电装备暂态特性不同是导致风电并网系统暂态稳定机理相较传统电力系统发生变化的重要原因。迥异于由转子运动方程统一表征的同步机，风机暂态特性由其多样化控制结构决定。典型风机是由多尺度(交流电流控制/直流电压控制/转子转速控制等时间尺度)正常控制和多尺度暂态切换控制构成，导致风机在不同属性(包括持续时间和严重程度等)故障下具有多尺度、多样化的暂态特性。受风机暂态特性影响，风电并网系统暂态稳定问题呈现出新的多尺度、断续特征，致使基于同步机暂态特性而形成的传统电力系统暂态稳定分析部分结论面临失效风险。因此，迫切需要重新认识与剖析不同属性故障驱动下风机各尺度暂态特性及其作用下的风电并网系统多尺度暂态稳定问题。
　　关于此问题，现有研究以面向数值仿真的模块化、数学化建模为主，聚焦于风机对特定场景下同步机暂态稳定的影响，对风机自身多样化暂态特性的整体认识和对系统暂态稳定性影响的机理解释不足，更缺乏对以风机为主的电力系统暂态稳定问题的系统性研究。
　　为此，本文首先提出了面向系统暂态过程分析的风机一般化建模方法，并重点以双馈型风力发电机(简称“双馈型风机”)转子转速控制尺度(约秒级，与同步机机电尺度对应)为例，构建了正常/暂态控制策略下统一暂态模型。其次，以控制切换与否为依据，从故障程度和故障阶段两个维度提出了风电并网系统暂态问题的系统性分析思路，并在简单电力系统场景中，以内电势为视角，分析了双馈型风机自身及其与同步机之间的暂态行为及物理过程。具体内容包括：
　　(1)阐述了双馈型风机多时间尺度暂态特性及其并网系统转子转速控制尺度暂态稳定问题。诠释了双馈型风机物理结构的多尺度控制和多尺度切换特征。构建了双馈型风机多尺度暂态特性及其并网系统多尺度暂态稳定问题的分析框架，提出了根据不同故障程度(浅度/深度)和持续时间(短时/中时/长时)剖析双馈型风机多尺度暂态特性，从多时间尺度(交流电流控制/直流电压控制/转子转速控制尺度)划分风电并网系统暂态稳定问题。重点阐述了转子转速控制尺度下风机并网系统暂态稳定问题的内涵与挑战。
　　(2)以统一刻画装备的暂态外特性为目标，构建了多样化控制下双馈型风机转子转速控制尺度暂态模型。从系统暂态演化过程的基本因果关系(即“功率激励–内电势响应”)着手，提出了一般化的装备暂态建模方法，统一构建了正常控制和暂态控制下双馈型风机转子转速控制尺度暂态模型，并阐明了多种暂态模型与不同故障程度和故障阶段下风电并网系统暂态行为的对应关系。该模型直观反映了双馈型风机暂态响应的物理过程，为解释装备暂态特性在系统暂态行为中的作用机理提供帮助。
　　(3)分析了正常控制下双馈型风机暂态特性及浅度故障下单双馈型风机–无穷大系统转子转速控制尺度暂态稳定性。基于正常控制下暂态模型，归纳了不同有功支路控制策略下双馈型风机暂态特性的共性与差异性。基于此，从内电势相位运动的视角，分析了单双馈型风机–无穷大系统暂态稳定机理，研究了浅度故障下，采用不同有功支路正常控制的双馈型风机内电势相位转子转速控制尺度暂态稳定行为和单调发散失稳行为及不同控制策略和参数的影响规律。揭示了由双馈型风机锁相同步支路非线性特征和极坐标变换耦合特征带来的系统暂态失稳新机理以及相位单调失稳新形态。
　　(4)分析了暂态控制下双馈型风机暂态特性及其作用下的深度故障下单双馈型风机–无穷大系统转子转速控制尺度暂态稳定性。归纳了暂态控制下双馈型风机的暂态特性。基于此，分析了深度故障期间和故障恢复初期系统暂态行为及关键影响因素。揭示了各关键因素对故障恢复后期系统初始状态变化及系统暂态稳定性的影响规律，并从能量积累的角度给予物理解释。
　　(5)分析了不同故障程度下双馈型风机–同步机两机系统的转子转速控制尺度暂态稳定性。阐释了双馈型风机转子转速尺度动态与相近的同步机机电尺度动态之间的相互作用路径及物理过程。分析了不同故障程度下两机系统转子转速尺度暂态稳定性，揭示了不同控制下双馈型风机暂态特性对两机系统转子转速尺度内电势相对相位暂态行为的影响机理。最后，归纳了各控制参数以及风电接入比例对两机系统暂态稳定性影响规律。
　　本文所提的面向系统暂态过程分析的风机一般化建模方法和风电并网系统暂态问题的系统性分析思路，为解决大规模风电并网安全稳定运行基本问题提供了新的研究思路及初步的理论参考。