随着直流输电技术的发展,基于电网换相换流器的高压直流输电系统(Line Commutated Converter based on High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)在电力系统中得到广泛运用。LCC-HVDC的开关元件晶闸管为半控型器件,馈入弱交流系统的LCCHVDC在逆变侧发生故障时会出现换相失败的问题,在多馈入系统中甚至会发生同时换相失败,对电网安全稳定性造成威胁。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(Multiple Module Converter based on High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)采用全控型器件,可以从根本上避免换相失败,但也面临着工程建设成本高、系统运行损耗大等问题。综合LCC-HVDC和MMC-HVDC两者经济和技术优势的LCC-MMC混合直流输电系统,既能够解决换相失败问题,又能够降低建设成本,具有广阔的应用前景。首先,本文在LCC-HVDC和MMC-HVDC基本工作原理和控制策略的基础上,设计了两种适用于LCC-MMC系统的控制策略:策略一“LCC定电流控制/MMC定电压控制”和策略二“LCC定电压控制/MMC定功率控制”。在PSCAD/EMTDC平台上搭建了LCC-MMC特高压混合直流输电系统,并仿真测试了系统的稳态运行特性和两种控制策略在交流故障下的暂态响应特性。仿真表明两种控制策略均能在故障后有效恢复系统稳定运行,且策略一在功率恢复过程中功率波动更小,整体暂态响应效果更好。然后,针对换流站高低压阀组存在的直流电压不平衡现象展开分析,并提出阀组均压控制策略。当LCC-MMC系统采用策略一和策略二时,分别存在LCC整流站和MMC逆变站高低压阀组之间直流电压和有功功率不平衡的现象。分析认为,由于高低压阀组的换流变阀侧存在直流偏置电压,使得流经高低压阀组间的存在不平衡电流,进而出现高低压阀组之间直流电压不平衡的现象。在分析不平衡现象机理过程的基础上,提出了基于高低压阀组实际电压与额定电压偏差进行控制目标修正的均压控制策略,使得整流站LCC和逆变站MMC的高低压阀组直流电压能够得到均衡控制。最后,通过对逆变侧MMC功率运行范围的定量分析来研究LCC-MMC系统的功率运行特性。在dq旋转坐标系下建立能够反映MMC内部谐波动态特性的10阶解析模型,并在PSCAD/EMTDC上验证了所建立解析模型的精确性。根据安全运行约束条件,定量分析MMC换流站连接交流系统的功率运行范围,并通过改变子模块电容参数、环流控制器投入状态、交流系统强度和系统阻抗角等措施来研究MMC内部谐波特性和交流系统阻抗特性对功率运行范围的影响。研究发现,子模块电容电压最大允许波动和桥臂电流最大值主要影响MMC的有功功率输出;与交流系统之间的无功功率交换主要受到最大、最小调制比和换流母线最大、最小偏移电压的约束。