以复杂交直流输电为主网架、以多源多变换为特征的新能源电力系统正在逐渐形成。为响应清洁能源的消纳需求,接入电网的间歇性可再生能源日益增多,灵活可控的电力变换设备更加普及。随机时变的电能质量现象和不稳定性问题由此产生,越发突出与复杂。此背景下,我国新能源主力的风电系统中工程案例频发,次同步间谐波及其振荡事件导致风机脱网和设备损坏,引起电压波动与闪变,影响了电力系统的优质供电和可靠运行,造成了严重的经济损失。上述问题尚未彻底解决,但伴随新能源和智能变换设备的广泛接入,潜在风险有加剧的趋势。故此,本文以双馈风电系统中的间谐波及其谐振的时变特性为研究对象,为了解决新能源电力系统中突出的随机时变间谐波和次同步谐振的量化评估难题,进而为治理提供理论支撑,开展了如下研究:针对近年来双馈风力发电系统出现的间谐波时变问题,考虑转子侧变换器在逆变侧产生的扰动电压分量,根据双馈风机的电压方程和磁链方程,通过坐标变换与数学推导建立了扰动分量与转差频率耦合引起的双馈风机定子间谐波电流解析模型。时域仿真验证了该模型的准确性。基于提出的解析模型,分析了转子侧变换器的扰动分量在双馈风机中的传变规律和感应出的定子间谐波电流随风速变化的时变特性。研究结果表明,转子侧变换器扰动电压在双馈风机定子侧感应出的间谐波电流具有频率和有效值的双重时变特性。产生的次同步间谐波电流,其频率范围存在与汽轮发电机组的轴系自然频率相匹配的风险,极易引起汽轮发电机组的次同步振荡,严重威胁发电机本体及电力系统的安全稳定运行。针对双馈风机经串补外送系统的时变次同步谐振问题,在三相静止坐标系下,计及扰动相序,利用小信号分析和谐波线性化处理,采取逐层增加相关因素的方法,建立了考虑双馈风机励磁互感、转子侧控制器和锁相环的输入阻抗频域模型。基于此给出等效电路拓扑,解释了锁相环作用的物理意义。分析表明,锁相环对双馈风机输入阻抗的影响等效于在转子侧控制器支路串联了电压控制电压源(Voltage-Controlled Voltage Source,VCVS)。从阻抗角度引入双馈风机经串补外送系统的稳定判据,分析了励磁互感、扰动相序和锁相环参数对输入阻抗及稳定性的影响,深入揭示了双馈风机输入阻抗的时变特性,阐明了次同步谐振频率时变的物理机制。结合实际工程,进一步讨论了沽源多机系统的次同步谐振现象的机理。研究结果表明,风速的变化,使得双馈风机输入阻抗具有时变特性,进而赋予双馈风机经串补外送系统的谐振频率与阻尼以时变特性。风速越高,双馈风机经串补外送系统的次同步谐振频率越高,阻尼越强,串补度的提高会使谐振频率范围变宽。时域仿真验证了所建模型及衍生结论的正确性。针对双馈风机经串补外送系统的次同步谐振的时变特性量化问题,在不计和计及锁相环影响的两种情形下,基于本文建立的双馈风机输入阻抗频域模型和最小二乘拟合两种方式,通过建立风速与谐振频率及阻尼表征量的数学关系,引入风速的概率分布,结合Monte Carlo模拟和核心平滑密度估计技术,提出了时变次同步谐振的两种概率评估方法。通过典型算例研究了风速和串补度对谐振频率和阻尼表征量的概率密度及累计概率分布的影响,定量描述了双馈风电次同步谐振的频率与阻尼的概率分布特征,揭示了其带宽变化特性。研究结果表明,双馈风电次同步谐振的频率具有一定的带宽,并在概率密度分布上,呈现出频率区间边界小而中部大的特征;风速会影响区间内的频率和阻尼的概率密度分布重心;串补度对次同步谐振的频率和阻尼所处区间位置起主要作用。针对沽源风电经串补外送系统的时变次同步谐振抑制难题,基于并联电压源换流器拓扑结构,研发了 35kV/10MVA的次同步谐振动态抑制装置(Subsynchronous Resonance Dynamic Suppressor,SSR-DS)的样机。从受控源和阻抗等效的角度,给出了分析并联电压源换流器抑制双馈风电次同步谐振机理的等值电路的一般形式和简化形式,通过次同步电流的响应方程阐明了其抑制作用,研究结果表明,SSR-DS抑制次同步谐振的关键在于阻尼控制环节改变了次同步电流自由响应方程的阶数和系数,进而改变了系统的振荡模态及其阻尼能力。然后在分析了 SSR-DS的结构与实施方案的基础上,根据本文提出的阻尼电流附加方法,设计了其控制策略。采用实时数字-物理闭环仿真研究了其最优参数、阻尼效果与动态性能。实验结果表明,所提出的SSR-DS装置可有效地解决大型风电场群的时变次同步谐振问题。