电力工业已经步入大电网互联和电力市场化时期，互联电网在为社会带来巨大的技术经济效益的同时，也使得电力系统的运行点更为接近稳定极限。如何保证复杂运行条件下互联电网的安全稳定运行已成为电力运行部门所面临的巨大挑战，而电压稳定问题是其中的突出问题之一。本文以实现电力系统在线电压稳定性监视为目的进行了系统的研究，基本思想是以电力系统电压失稳发展过程中所呈现的区域特征为出发点，确定系统的薄弱环节，并提出有效的监视手段。 基于谱聚类理论提出了电网电压稳定关键断面和关键负荷分区确定方法：首先针对电压稳定性的研究，提出了电网节点间联系紧密程度的评价方法，建立与电网网架相对应的图模型；然后应用谱聚类方法进行电网层次递归分区，分别提出了输电网电压稳定关键断面确定法和负荷分区法。前者可以根据网架结构自身的区域特征，层次递推地确定合理的电网分区和区域间断面；后者可以获得合理的负荷节点分区，同一分区内的负荷节点具有相似的电压稳定性水平和变化趋势。两种方法分别可确定系统的关键断面和关键监视区，可用于基于静态电压稳定域概念的安全监视和基于PMU的负荷区域电压稳定监视。在IEEE14、IEEE118算例系统和河南电力系统上的应用证明了本文方法的有效性。 在割集空间静态电压稳定域的研究基础上，开发完成了电力系统静态电压稳定域在线分析和可视化系统，并成功应用于实际电力系统，主要工作如下：首先提出了一种拟正交选点方法，在保证计算精度的前提下提高了电压稳定域边界表达的计算速度，可满足在线应用要求；然后采用OpenGL技术，开发完成了电力系统电压稳定域可视化表达的算法和程序，使用户可通过二维和三维图形直观地了解电网电压稳定性状况；最后，将所开发的系统在河南电网调通中心实现在线应用，帮助运行人员对不同负荷增长方向上系统安全裕量做出正确的估计。应用实践表明该系统是一种强有力的电力系统辅助安全调度工具。 对电压稳定性评估中的传统戴维南等值方法进行了理论分析和算例检验，发现该方法在进行节点电压稳定性分析时会给出偏于乐观的估计。揭示了利用拟和法求解“戴维南等值”参数的VIP指标方法的本质和误判发生的原因，提出了VIP指标的有效性判别条件。进而提出了基于PMU的负荷区域电压失稳监测框架，该框架以负荷区域为监视对象，能够利用区域范围内较少的同步数据采集，进行稳定水平评估。