我国风能资源与负荷中心呈逆向分布的特殊国情决定了我国风电开发模式具有大规模、远距离传输的特点。同时高压直流输电系统在大规模、远距离输电方面具有独特的优势,因此在风电外送系统中得到了广泛的应用。然而,高压直流输电系统在投运的过程中也引入了新的故障隐患,单极闭锁作为一种典型的直流故障已经被人们关注。当高压直流输电系统发生单极闭锁故障,过剩的无功功率将注入送端交流系统,从而导致送端交流系统出现故障过电压,对系统的安全稳定运行造成了严重的威胁。另一方面,由于送端交流系统内各设备具有一定的无功调节能力,因此本文将结合单极闭锁故障引起送端系统过电压的机理,进一步研究系统内各设备在单极闭锁故障下的运行特性,并基于此提出相应的故障穿越控制策略。本文的主要研究内容包括:首先,建立高压直流输电系统、双馈风电场的等值数学模型及风电直流外送系统送端的等值数学模型,并基于所建等值数学模型分析单极闭锁故障下送端交流系统的电压特性,进一步揭示单极闭锁故障后送端交流系统产生过电压现象的原因。其次,研究单极闭锁故障下高压直流输电送端系统内换流站、配套无功补偿装置及双馈风电场的运行特性,具体分析送端换流站的短时过负荷能力、双馈风电场的功率可控运行区域,并基于此提出单极闭锁故障下换流站及双馈风电场的控制策略。同时,为了进一步增强送端交流系统的动态无功储备,从运行原理、动态响应特性及在单极闭锁故障下的应用效果等方面对同步调相机和STATCOM进行对比分析,并得出适用于高压直流输电系统的动态无功补偿措施。最后,提出单极闭锁故障下计及双馈风电场、送端换流站及换流站配套无功补偿装置的协调控制策略,并用Matlab/Simulink进行仿真验证。同时,在上述模型基础上加装同步调相机,并对单极闭锁故障下送端系统设备的协调运行进行仿真验证。本文所做工作为提高单极闭锁故障下风电直流外送系统的安全稳定运行能力及其故障穿越能力提供了理论基础,为大规模风电直流外送系统的建设与发展提供一定的技术支撑。