与陆上风电相比,海上风电具有资源丰富、利用率高、节约土地等诸多优势,近年来已成为世界各国风电发展的重要方向。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术因其具有可扩展性好、输电距离远与送受端解耦等优点,迅速发展为海上风电直流并网工程的首选方案。由于海底环境恶劣复杂,导致海底电缆易发生各种类型的故障,从而对系统的安全可靠运行造成严重威胁。因此,分析不同直流故障下海上风电模块化多电平换流器型高压直流（modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC）并网系统的暂态运行特性,并研究相应的保护控制方案来提高故障期间系统的安全运行能力,对于实际工程有着重要意义。首先,介绍了海上风电MMC-HVDC并网系统的结构,分析了MMC、永磁同步发电机（permanent magnetic synchronous generator,PMSG）以及直流断路器（direct current circuit breaker,DCCB）的拓扑结构与基本原理,给出了风电场侧与电网侧换流站的基本控制策略,介绍了换流站的不同接地方式,并在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了系统的电磁暂态模型,通过仿真验证了基本控制策略的有效性。其次,分析了直流断线故障下海上风电MMC-HVDC并网系统故障演化机理,推导了短路电流计算公式,并分析了不同接地阻抗参数下短路电流的发展规律,研究了故障期间换流站交流阀侧与直流母线正负极的暂态电压响应特性,并通过仿真验证了暂态特性分析的正确性。接着分析了交、直流接地方式下海上风电MMC-HVDC并网系统单极接地故障演化机理,针对采用交流接地方式的系统,研究了故障期间系统内部多样化设备的暂态运行特性,推导出短路电流与MMC交、直流侧暂态电压的表达式,并通过仿真验证了暂态特性分析的正确性。最后,针对双极短路故障下海上风电MMC-HVDC并网系统,分析了DCCB未动作时短路电流的产生机理,提出了风电场侧与电网侧交、直流短路电流的计算方法;研究了计及DCCB控制作用下换流站交、直流侧的暂态特性,并考虑了风电场运行工况与限流电抗参数对其暂态特性的影响,通过协调风电场侧换流站与风电场的控制方案,提出了海上风电MMC-HVDC并网系统的暂态电压协同控制策略,并通过仿真验证了暂态特性分析的正确性与所提控制策略的有效性。本文的研究工作有助于理解不同直流故障下海上风电MMC-HVDC并网系统的故障演化机理,也可为海上风电柔性直流输电工程的规划与设计提供理论指导。