伴随着清洁低碳现代能源体系的发展需求,电网正经历从交流到交直流混合的发展变化。随着柔性直流输电技术(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)的发展,柔性直流输电系统在电网异步互联,可再生能源发电并网以及城市直流输电系统等方面具有良好的应用前景。为此,本文以柔性直流输电系统为研究对象,重点对柔性直流输电系统在不同应用场景下的运行特点、控制策略和调度技术等内容展开研究,主要工作包括:(1)用于大电网异步互联的柔性直流输电系统频率支援及恢复策略研究。柔性直流输电系统可对有功和无功功率进行独立控制,并对各种系统干扰提供快速的动态响应。由于对交流电网频率波动具有不敏感性,利用柔性直流输电系统互联交流异步电网,可有效降低电网连锁故障的发生,提高互联电网的抗扰动能力。本文利用柔性直流输电系统的控制能力,提出一种用于大电网异步互联的柔性直流输电系统频率支援及恢复策略。该策略可在电网稳定运行时,降低电网旋转备用,提高电网运行效益;当电网遭遇扰动时,可以实现紧急功率控制,减小交流电网事故后的频率变化量;当电网消除扰动后,该策略可以继续参与到电网频率恢复过程中,起到稳定频率和加速电网频率恢复的作用。通过大电网仿真分析,验证了本文所提出的控制策略可以使柔性直流输电系统完整地参与到电网的一次调频控制和二次调频控制过程中,提高了电网运行可靠性和经济性。(2)用于海上风电汇集的柔性直流输电系统功率优化分配方法研究。由于柔性直流输电技术具有灵活的可控性,基于柔性直流输电技术的多端柔性直流系统被视为汇集海上风电的有效解决方案之一。本文提出了一种用于海上风电汇集的柔性直流输电系统功率优化分配方法,以优化风电输出偏差的分布,从而提高风电生产商的财务收入。案例研究证明了所提出的最优分配方法可以为风力发电企业带来更高的经济效益。(3)基于多端直流输电系统互联的抽水蓄能和风光互补发电系统的优化组合控制策略。柔性直流输电系统非常适合应用于汇集风光等新能源和储能接入电网的应用场景。本文针对汇集风电、光伏等可再生能源及储能的多端柔性直流系统进行了控制策略研究,提出了一种基于多端直流输电系统互联的抽水蓄能和风光互补发电系统的优化组合控制策略。该策略通过直流电压控制抽水蓄能电站,利用直流电压波动调整抽水蓄能电站的运行速率和发电抽水总量。其次,提出了一种基于柔性直流输电系统的抽水蓄能电站和可再生能源发电系统的协同运行策略,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,降低可再生能源出力波动。(4)用于城市电网增容改造的多电压等级柔性直流系统运行方式及组合控制研究。由于电能需求的快速增长,城市电网部分线路的负载量已接近其容量极限。另外,城市土地成本及其稀缺性使得电力企业难以获得增加传输或变电站设施的新通行权。柔性直流输电系统集输电容量大、控制迅速和不增加系统短路电流等优点于一身,适合应用于城市电网供电。目前,多电压等级柔性直流系统的相关研究尚处于探索和起步阶段,其拓扑形式和控制策略亟待研究。本文首先建立了用于城市电网增容改造的多电压等级柔性直流系统模型。随后,在所提出模型的基础上,提出了三种多电压等级柔性直流系统运行模式:正常运行模式,功率受限运行模式以及分层运行模式,以保障多电压等级柔性直流系统在不同工况下的稳定运行。(5)含DC-DC变换器的多电压等级柔性直流系统控制与运行方式研究。作为在不同电压电平之间传输能量的必要设备,DC-DC(Direct current-Direct current converter,DC-DC)变换器在多电压等级柔性直流系统中扮演着举足轻重的角色。本文针对包含多个DC-DC变换器的多电压等级柔性直流系统,提出了一种多DC-DC变换器协调控制策略。该协调控制策略可以协调多个DC-DC变换器间的功率流,维持多电压等级柔性直流系统的稳定运行。此外,在发生严重不平衡功率故障时,还可以实现不平衡功率的最佳分配,防止重要供电区域发生严重的功率波动。