在全球能源互联网的发展背景下,可再生能源大规模并网以及区域电网互联等新需求给传统电力系统带来了许多新的挑战和机遇,也促使以现代电力电子技术为支撑的柔性直流输电(HVDC-Flexible)在全世界范围内得到迅猛发展。中国计划于2020年建成并投运“张北±500千伏柔性直流电网示范工程”,利用张家口地区的大规模可再生能源为2022年北京-张家口冬奥会提供低碳、清洁的电能,并辐射津京冀地区的负荷需求。该示范工程是基于模块化多电平换流器(Modular Multi-Level Convert,MMC)的四端真双极环网,将会成为全球范围内电压等级最高(±500kV)、输送容量最大(3000MW)的多端柔性直流输电系统(Multi-Terminal Direct Current,MTDC)。但是,目前国内外对大规模真双极MMC-MTDC的研究还不够成熟、完善,无法满足日益发展的工程实际应用需求。因此,需要对MMC-MTDC进行深入研究。本文主要对MMC-MTDC进行数学建模和电磁暂态仿真研究,深入探究其基本原理、协调控制策略、仿真速度提升方法等,最终仿真实现张北柔直电网,并分析其运行特性,为工程的规划和投运提供前期的仿真平台和一定的理论基础。主要的研究工作和取得的成果如下:(l)对MMC-MTDC进行电磁暂态的详细建模与仿真。首先,分析MMC的拓扑结构和接线方式,研究其工作原理并建立数学模型。然后,对多端系统进行协调控制策略研究,通过配置“三级”控制系统来保证多端系统的可靠性和灵活性。最后,在理论研究的基础上,仿真实现张北四端柔直电网,并分析运行特性,验证模型和控制策略的有效性。(2)研究提高电磁暂态仿真效率的方法。首先,针对详细模型电磁暂态仿真速度慢、仿真规模受限等问题,通过不同的方式降低求解矩阵的阶数,建立了三种相应的快速仿真模型,分别是受控源等效模型、戴维南等效模型以及平均值模型。然后,分别对基于三种快速仿真模型的多端系统进行电磁暂态仿真,从仿真精度和仿真时间两方面与MMC详细模型进行对比,验证三种模型的提速效果。最后,总结三种模型各自的特点,分别得到其对应的适用场合。(3)对含MMC-MTDC的交直流混联电网进行建模与仿真。首先,搭建由张北多端柔直与外部交流系统构成的大规模交直流混联电网的模型。其中,交流子网基于步长较长的机电暂态仿真技术,MTDC子网基于步长较短的电磁暂态仿真技术,两个快慢不同时间尺度的子网并行计算。然后,通过研究交流故障下的柔直响应、柔直故障下的交流响应,得到相应的交流与多端柔直之间的相互作用机理。