我国实施“西电东送”、“北电南送”、“全国联网”的战略,近年来随着直流输电作为经济高效、大容量远距离输电技术的广泛应用,实际电网中出现了一些频率低于0.1Hz的超低频振荡。超低频振荡并非发电机转子之间的相对振荡,而是一次调频过程中系统小扰动不稳定引发的频率振荡,属于系统稳定性问题中的频率稳定范畴。云南电网中水电机组出力所占比例约为总出力的71%~75%,由于水电机组中存在水锤效应,若原动机调速器控制系统参数设置不合理,系统的阻尼和稳定性会得到恶化,水电机组比例过高会使得系统中出现超低频振荡。因此,对异步联网条件下云南电网水电机组引起的超低频振荡问题进行机理分析及抑制措施研究,可以有效地保障云南电网的安全稳定运行。首先,本文基于电力系统小干扰分析方法,结合发电机方程、励磁系统方程、水轮机组及汽轮机组原动机调速器方程、负荷方程和网络方程联立得到了多机系统线性化状态空间模型,求解出了超低频振荡模式,进而分析了其振荡模式和阻尼比。为基于多机系统线性化状态空间模型,使用转矩分析法和特征值分析法研究超低频振荡问题提供了可靠的理论基础。其次,本文基于原动机调速器控制系统的机械阻尼转矩和奈奎斯特矢量裕度对超低频振荡的机理进行了分析,同时论述了原动机调速器控制系统参数对系统稳定性的影响。在3机9节点系统中验证了线性化状态空间模型的正确性,分析了系统发生超低频振荡时电磁功率和机械功率的振荡表现,并利用3机9节点系统线性化状态空间模型对超低频振荡模式进行了求解,采用特征分析法,根据参与因子和根轨迹对超低频振荡特性进行了研究。最后,本文提出了一种基于相位补偿原理的调速器侧电力系统稳定器(governor power system stabilizer,GPSS)的设计方法来抑制系统的超低频振荡。通过分析加入GPSS后原动机调速器控制系统的机械阻尼转矩和奈奎斯特矢量裕度,阐释了GPSS抑制超低频振荡的原理。基于相位补偿法对单机和多机系统中GPSS参数进行了整定,并在单机单负荷、4机2区域和云南电网额定容量较大的13个水电厂系统中仿真验证了GPSS抑制超低频振荡的有效性。