基于VSC-HVDC的直流串联直驱永磁风电场可有效减少海上风电场中设备的投入量,增加海上风电场的整体稳定性,是解决大型海上风电场建设困难的切实有效的方案。针对基于VSC-HVDC直流串联直驱永磁风电场直流侧电压高度耦合的特点,本文重点研究其控制技术,提高基于VSC-HVDC的直流串联直驱永磁风电场在各种工况下的稳定性及可靠性,主要研究工作及创新点如下:论文阐述了基于VSC-HVDC的直流串联直驱永磁风电场工作原理,建立了直流串联拓扑海上风电场的数学模型,分析了运行时的动态过程,特别是直流串联风电场中直流风机风速、功率、直流侧电压之间的耦合关系,提出了适用于直流串联拓扑的直流风机控制方案和适用于直流串联拓扑结构的可变步长爬山MPPT算法,实现了直流串联风机组的协调控制,使系统在安全运行范围内快速寻找出最佳功率点,达到最佳风能捕获的目的。还提出了基于电流环前馈的控制方案,提高速度控制时的响应速度,减少了稳态误差。在基于VSC-HVDC的直流串联直驱永磁风电场协调控制的基础上,为进一步解决直流风机直流侧电压耦合严重导致风电场弃风的问题,提出带蓄电池储能的海上风电场技术方案,减小直流风机直流侧电压耦合程度,优化了直流串联组中各直流风机储能单元的能量管理策略,降低了储能单元的容量。并对适用于直流串联海上风电场储能单元中的双向DC/DC变流器的拓扑和控制方法进行研究。最后通过详细的仿真研表明所提控制方法能有效的实现直流串联风电场的协调控制。采用MMC变流器作为基于VSC-HVDC的直流串联直驱永磁风电场的换流站,通过分析MMC换流站的基本工作原理,阐述了基于PWM调制方式的载波移相脉宽调制和最近电平逼近调制两种调制方式,得到了MMC换流站的常规控制策略。在深入研究MMC换流站控制策略的基础之上,分析了柔性直流输电系统虚拟惯量的概念。针对MMC换流站分布式储能电容容量高于一般两电平集中电容容量的特点,提出基于MMC-HVDC的虚拟惯性控制方法。该方法充分利用了MMC子模块电容中储存的能量,以及直流串联风电场直流风机中储存的动能,在减少了系统对额外储能装置的需要同时,随交流电网频率的变化自动增加或减少直流输电系统输出到电网的功率,实现了对系统惯性的动态模拟,抑制了电网频率在故障状态下的波动。还对不平衡电网电压下桥臂环流和子模块电容电压波动情况进行了分析,针对不平衡电网电压下,直流侧电压会出现的二倍频波动和子模块电容电压波动增大的情况,研究了注入零序环流和二次负序环流的方式来稳定直流电压和子模块电容电压,提高了MMC换流器的稳定性。最后通过详细的仿真研究验证了所提出方法的有效性。对电网电压跌落时网侧变流器进行了动态分析,阐述了直流串联直驱永磁海上风电场低电压穿越机理,提出了适用于直流串联海上风电场低电压穿越的可行方案。在进一步分析直流风机直流侧加入Crowbar电路,消耗低电压穿越时产生不平衡能量的工作原理基础上,提出了直流串联VSC-HVDC的海上风电场的基于Crowbar电路的低电压穿越方案;采用带蓄电池储能的直流串联海上风电场的低电压拓扑,通过储能单元存储电网电压跌落时产生的不平衡的能量以实现低电压穿越;利用转子叶轮储能方式,在电网电压跌落时,机侧变流器转矩电流的外环控制直流母线电压,励磁电流环在发电机输出电压不饱和时控制励磁电流为零,饱和时采取定子电压弱磁控制,达到电网电压跌落时稳定直流母线电压的目的。此方案通过对直流串联风机组的协调变桨控制,调节风机的上升转速,无需增加额外的设备即可提高整个风场的低电压穿越能力,同时还能储存故障穿越期间的风能。仿真结果表明,上述方案均可有效实现基于VSC-HVDC的直流串联新型拓扑海上风电场的低电压穿越。根据基于VSC-HVDC的直流串联直驱永磁风电场的特点,提出了直流风机直流侧电容与一个半桥电路子模块连接,再将半桥电路子模块依次串联组成高压直流传输电路的新型直流串联拓扑。首先分析了该拓扑工作原理,建立了数学模型,研究了子模块电容以及传输电路的电感取值,此拓扑可实现直流串联风电场中直流风机之间的解耦控制,并可在机组发生故障时快速将机组旁路切除,提高了系统的容错性。其次,提出了单台直流风机直流侧电压的均压、输出功率的协调、子模块电容电压的稳定的综合控制策略;最后分析了子模块的平均占空比,根据平均占空比研究了子模块电容电压平均值的优化方案。仿真结果表明,该控制策略可实现基于VSC-HVDC的直流串联新型拓扑海上风电场的稳定运行控制。