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伴随着全球能源结构的战略性调整,适用于新能源并网,并且增压扩容技术日趋成熟的基于电压源型换流器的柔性直流输电(Voltage Source based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)系统将逐步取代基于电网换相换流器的传统直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)系统,有望成为未来直流输电的主流拓扑。目前,由于直流断路器和直流变压器等关键设备还无法满足高压大容量输电的工程需求,因此VSC-HVDC系统的规模远小于交流系统,VSC-HVDC系统离形成大规模直流电网还尚需时日。在此阶段,为了让VSC-HVDC系统更好地服务交直流系统,研究VSC-HVDC系统的电磁暂态仿真建模技术,并利用VSC-HVDC系统的快速有功无功功率调节等特性增强交直流系统安全稳定性,具有深远的工程意义。本文主要围绕含VSC交直流输电系统建模与安全稳定控制进行研究,主要工作如下:(1)研究VSC-HVDC系统的主流拓扑多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的快速仿真建模方法。介绍三种主流的不涉及MMC闭锁的快速仿真算法,即基于对IGBT及反并联二极管简化的快速仿真模型,基于开关函数的平均等效模型以及基于NFSS(Nest Fast and Simultaneous Solution)的快速仿真模型,仿真验证基于NFSS算法的快速仿真模型的准确性。在基于NFSS算法的桥臂模型的基础上构建改进式的MMC快速仿真模型,实现MMC闭锁功能,并通过仿真对比验证改进式的MMC快速仿真模型的准确性和加速特性。(2)研究多端柔性直流输电(VSC based Multiterminal Direct Current,VSC-MTDC)系统直流电压控制策略。介绍三种在VSC-MTDC系统中最为常见的直流电压控制策略的适用场合和控制器设计,分别为直流电压主从控制策略,直流电压裕额控制策略与直流电压下垂控制策略。提出一种混合式的无需站间通信的控制器,其结合了裕额控制器以及下垂控制器的优点,称之为直流电压裕额下垂控制器。详细描述所提出的直流电压裕额下垂控制器的实现。通过仿真验证其在VSC-MTDC系统中的适用性。通过动态响应特性、控制器复杂程度、适用性、站间通信需求四个性能指标对四种控制策略进行综合性评价。(3)提出一种混合直流输电系统,该系统整流侧采用LCC,逆变侧采用MMC,并且该系统在逆变侧MMC的直流出口处加装大功率二极管阀以实现直流侧故障的自清除,称这种拓扑为LCC-D-MMC混合直流输电系统。基于等面积法则,在三个由MMC-HVDC系统和交流线路构成的交直流并列简化系统中,分别分析三种MMC-HVDC直流故障处理方法下交直流并列简化电网在直流故障下的暂态稳定性。三种直流故障处理方法分别是跳换流站交流侧断路器,利用新颖的箝位双子模块(Clamp Double Submodule,CDSM)拓扑以及采用加装了大功率二极管阀的LCC-D-MMC混合直流输电系统。提出交流传输功率极限指标,并通过直流故障下的对比仿真,验证所提出的LCC-D-MMC系统对交直流系统暂态稳定性能的提升。最后在改造的新英格兰39节点系统中验证上述暂态稳定分析理论在大系统下的拓展适用性。(4)在风电场通过VSC-MTDC系统连接到多个异步交流电网的系统中,研究VSC-MTDC系统中的一个受端VSC故障退出之后,MTDC系统的直流功率优化再分配策略。考虑转移功率能否被故障端VSC所在交流电网消纳两种情景,研究重新配置各受端VSC的控制器参数。在可自消纳情况下,再分配策略保证转移功率不转移至其他异步交流电网,并且减小潮流重分配对交流电网频率稳定性能的影响;在无法自消纳的情况下,再分配策略保持故障端VSC所在交流电网内的其余VSC保持满发,并利用风电场的桨距角控制以及虚拟惯量控制消纳剩余的直流转移功率。在改造的新英格兰39节点系统中验证所涉及的再分配策略的可行性。(5)在含VSC-MTDC系统的交直流电网中,基于滑模控制方法,提出一种有功功率调制方案(Sliding Mode Robust Control based Active Power Modulation,SMAPM),其可以抑制交流系统故障引起的机组功角振荡。在故障下,交流系统被分为两个区域,SMAPM通过观测机组的惯量中心来判断区域系统的稳定性,以换流器的有效惯量系数Heff来决定换流器参与调制的方向和程度,运用滑模控制设计控制率。最后应用一个四机系统和一个改造的新英格兰39节点系统作为仿真算例,验证SMAPM控制器在交流故障下抑制振荡的有效性。并且,仿真测试信号时延、噪声以及风速变化对控制器鲁棒性能的影响。