电压源换流器型直流输电系统(VSC-HVDC)具有不存在换相失败问题、可提供动态无功补偿、可自换相、谐波水平低、适合构成多端直流系统等诸多技术优点,因此被广泛应用于电网互联、连接弱交流系统、向无源孤岛供电、可再生能源并网、城市电网供电等输配电领域。在某些特殊应用场景下,VSC-HVDC的建模、分析与控制问题仍有待进一步研究,本文以含VSC-HVDC的交直流电力系统为研究对象,围绕多端柔性直流系统用于电网互联、VSC-HVDC联接弱交流系统、VSC-HVDC向无源网络供电这三类具有实际工程意义的特殊应用场景下系统的建模、分析与控制等相关问题开展研究。主要工作如下:(1)研究了多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC)机电暂态仿真建模方法。主要内容包括含VSC-MTDC的交直流电网潮流计算方法、模块化多电平换流器(MMC)桥臂电容等效方法、MTDC直流网络模拟方法等,推导了 VSC-MTDC机电暂态详细模型,并分析了 VSC-MTDC机电暂态详细模型的局限性。为加大VSC-MTDC机电暂态模型适应的仿真步长,对VSC-MTDC详细模型的各动态环节进行量化分析和简化,从而推导出VSC-MTDC简化模型。基于PSS/E自定义编程功能实现了详细模型和简化模型,并将这两种机电暂态模型与PSCAD中VSC-MTDC电磁暂态详细模型进行仿真对比,仿真结果表明建立的VSC-MTDC机电暂态详细模型和简化模型的稳态潮流和暂态响应特性与电磁暂态模型均具有很好的一致性。最后,基于改动的新英格兰39节点算例,研究了暂态过程中交流电网与VSC-MTDC系统的交互作用。(2)分析了联于弱交流系统的VSC-HVDC稳定运行区域。以VSC的交流侧稳态潮流方程组为基础,归纳了两种控制模式下VSC的安全稳定性约束条件和判据,分析了安全稳定判据随短路比(SCR)变化的规律,指出了 VSC联于弱交流系统时无法稳定运行的现象,给出了求取临界短路比(CSCR)的数值计算步骤。之后,研究了各种工况因素(交流等效电动势E、交流等效系统阻抗Z∠φ、VSC运行方式等)不同时VSC的CSCR,并和PSCAD的仿真结果进行了对比验证。最后,比较总结了各方面因素对CSCR的影响,并给出了 CSCR的典型范围,以便为VSC-HVDC的规划运行提供参考依据。(3)设计了用于改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压-频率协调控制策略。针对我国西部大量小水电群富集地区电网联入主网的场景,分析了此类弱交流电网采用VSC-HVDC异步联入主网的技术优势,指出了该场景中VSC-HVDC参与弱交流电网电压和频率控制的必要性,梳理了该场景下VSC-HVDC各控制目标的优先级顺序。之后,提出了一种改善交流系统暂态稳定性的VSC-HVDC交流电压-频率协调控制策略,并设计了能够严格实现控制目标优先级排序的VSC控制器结构。最后,以云南西北地区为例设计了小水电群富集地区的VSC-HVDC联网方案,并对VSC-HVDC交流电压-频率协调控制策略和常规控制策略进行了故障仿真对比,结果表明VSC-HVDC联网方案可较大幅度提升该地区的输送能力,且设计的协调控制策略能有效改善弱交流电网的电压和频率暂态稳定性。(4)设计了两种VSC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略。首先,分析了VSC在联网状态和孤岛状态间相互转换的过程及失稳机理,并设计了一种基于本地电气量的VSC控制模式切换策略;之后,对无源供电控制器进行改进,设计了一种无需切换控制模式的VSC下垂控制策略。通过PSCAD仿真对上述两种转换策略进行了验证和比较,结果表明两种策略均能使VSC在联网状态和孤岛状态间稳定转换。两种策略各有优缺点,实际应用中VSC需依据具体的控制目标选取合适的策略。