基于MMC(Modular Multilevel Converter)多端柔性直流输电系统与传统的VSC-HVDC(Voltage Source Converter High Votage DC Transmission System)相比,具有更好的可靠性、冗余性和灵活性,在全世界范围内引起了极大的关注,并得到了推广应用。基于MMC多端柔性直流输电系统具有多种运行模式,可实现多目标复杂功能要求,系统的稳定运行涉及交直流电网以及多个MMC装置的协同控制,对控制系统具有较高的要求。本文开展基于MMC多端柔性直流输电系统的建模与控制研究,主要内容如下:(1)介绍了MMC多端柔性直流输电系统的组成,对MMC电压站和功率站的功能进行了分析。针对MMC的三相半桥子模块拓扑结构,引入差模分量和共模分量表示法详细推导了MMC的瞬时值模型,表明可通过桥臂电压差模分量控制交流侧电流,通过桥臂电压共模分量控制直流侧电流,交直流侧能量通过桥臂子模块电容耦合,实现了交直流侧控制变量的解耦。基于瞬时值模型,进行了包含调制策略、子模块电容电压均压策略的MMC功率站控制器和电压站控制器的完整设计。(2)进行了MMC多端柔性直流输电系统小信号稳定性分析。首先根据能量守恒定理推导了基于桥臂等效电容的MMC功率站平均值小信号模型,采用虚拟电阻增加系统阻尼,采用桥臂电容电压参考值前馈方法避免了直接测量桥臂电容电压。接着建立了由单个MMC电压站和两个MMC功率站构成的三端柔性直流输电系统的小信号稳定性分析模型,其一是利用劳斯判据进行了功率站的稳定性分析,并利用Bode图分析谐振特性和根轨迹分析了功率变化对系统稳定性的影响,其二是基于三端柔性直流输电系统利用Bode图分析谐振特性和根轨迹法分析了虚拟电阻、桥臂电抗器、直流线路电抗器等参数对系统稳定性的影响,结果表明小信号模型能用于系统稳定性分析,指导主电路和控制器参数设计,虚拟电阻能增加系统阻尼,降低直流输电系统的谐振峰值,有效提高系统稳定性。(3)建立了基于PSCAD的26电平MMC的电磁暂态仿真模型,仿真研究表明在子模块电容电压均压的基础上,功率站实现了交流侧有功功率和无功功率的解耦控制,电压站实现了直流侧电压的稳定控制与交流侧无功功率的解耦控制,验证了MMC数学瞬时值模型和控制策略的有效性。建立了基于MATLAB/SIMULINK的MMC三端柔性直流输电系统仿真模型,进行了无虚拟阻抗和有虚拟阻抗情况下系统有功功率潮流反转及阶跃变化的仿真研究,结果表明三端柔性直流输电系统能实现功率的多向复杂流动,虚拟阻抗明显改善了暂态过程,提高了稳定性。最后对珠海唐家湾三端柔性直流输电系统实证工程进行了介绍,进行了双端实验和三端联网实验。基于MMC多端柔性直流输电系统实现了多端交直流电网能量的可控交互,提升了系统可靠性。