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本论文以可控串联电容补偿TCSC为研究对象，基于动态相量理论提出了完整的TCSC非线性时不变的动态相量模型，并应用于电力系统动态研究中。
完善了动态相量理论，提出并证明了动态相量理论的线性特性、时移特性、微分特性、卷积特性和实信号的Hermitian对称性等时频性质，为动态建模奠定了基础。揭示了基于时频分析的时变傅里叶级数及其对应的动态相量非常适合于含快速元件的电力系统动态分析。
在对TCSC工作原理和谐波特征深入分析的基础上，提出了TCSC系统化考虑基波、三次谐波和五次谐波的状态空间形式的动态相量模型，可以从机理层面分析TCSC的谐波特征，有别于对工程试验结果的谐波分析方法。分析结果表明，TCSC在容性工作区时，动态相量模型体现了时域仿真曲线的包络线，并可以与TCSC工程的试验结果相验证。动态相量法这种直观定量的谐波处理方法，可以推广应用于与电力系统频谱相关的机理研究上。
系统地提出了TCSC在abc相坐标、dq0旋转坐标、xy0同步坐标和pnz对称分量坐标下的动态相量模型。这些常微分方程形式的相量模型深入到TCSC的开关层面，可以解决不对称运行时的动态建模难题，可以与电力系统机电暂态和电磁暂态过程接口，为含TCSC的电力系统动态研究奠定了基础。
电力系统中越来越多的快速动态元件的应用，使得在机电暂态程序中混合电磁暂态模型的仿真速度受到限制。提出了动态相量—机电暂态过程的接口算法，以动态负荷的方式实现了机电暂态与动态相量的混合仿真，可以考虑TCSC在各种扰动下对系统暂态的影响。该混合仿真很好地解决了交接母线的选择和交接变量的计算问题，功率等效形式和导纳等效形式下的迭代算法可以适应TCSC的强非线性。混合仿真的设计思路和核心迭代算法适用于同时有多个快速动态元件的多机电力系统。
提出了TCSC在xy轴和dq轴下的线性化动态相量模型和相应的复数域端口导纳矩阵，解决了TCSC在次同步振荡(SSO)分析中对离散电力电子开关动态建模的难题。并且提出了dq坐标和xy坐标下时域变量与动态相量的增量变换关系，进而建立了全系统的状态空间方程，并应用于次同步振荡的分析中。
本论文的研究全面而充分地揭示了动态相量模型的良好特质。动态相量模型是结合了频域相量特性的非线性常微分方程模型，精度介于准稳态相量模型与时域微分方程模型之间；仿真时可以采用比电磁暂态模型较大的积分步长；与传统的相量分析技术有很好的兼容性；便于依据研究目的按需要的精确度定制模型，有很好的可扩展性；既适于大信号稳定分析建模，也可以进行线性化处理用于小信号稳定分析；可以直接面向开关机理层面，非常有利于控制策略的设计。
本文的研究工作获得了国家自然科学基金重点项目(50337010)的资助。