随着我国电力系统的发展，出于对工程经济性和环境方面的考虑，要求充分利用线路走廊，努力提高线路传输能力。串联补偿输电技术相当于缩短线路电气距离、可增加线路传输能力，大规模应用于我国北方煤电基地火力发电厂的送出工程；高压直流输电应用于远距离大容量输电时具有线路造价低、功率损耗小、可用于交流电网异步互联等优点，在我国电网互联工程中得到了广泛应用。然而，串补输电系统与汽轮发电机组轴系相互作用可能引发次同步谐振（SSR），托克托、上都、锦界等电厂都存在不同程度的SSR问题；南方电网贵广二回直流工程在某些运行方式下也可能引起整流侧附近盘南电厂机组的次同步振荡（SSO）；另外，东北—华北联网高岭背靠背直流工程对绥中电厂汽轮机组轴系的影响尚在研究之中。虽然交流串补系统SSR问题和直流系统SSO问题的产生机理各不相同，但二者的分析方法和控制策略却有许多共通之处。本文对HVDC换流器和SVC晶闸管开关元件的动态建模、交直流系统SSO/SSR的传递特性和扭振相互作用、以及次同步阻尼控制等问题进行深入研究，主要取得了如下成果（创新点）：⑴建立了12脉冲HVDC换流器的改进采样-数据模型，并在模型中首次考虑了触发控制的小扰动延迟。针对现代HVDC系统换流站广泛采用的等间隔触发和锁相环相位触发两种控制方式，给出了HVDC系统模型的具体形式。分别采用特征值分析和复转矩系数法将HVDC换流器的准稳态模型、改进采样-数据模型与PSCAD时域仿真进行对比，结果表明改进后的采样-数据模型更为精确，其计算结果与PSCAD仿真结果非常接近，适用于HVDC系统的次同步振荡研究。⑵基于BP神经网络设计了自适应SSDC控制器，并提出了以换流母线频率为控制信号的SSDC设计方法。针对固定参数的SSDC鲁棒性较差的问题，基于BP神经网络设计了自适应SSDC，用于抑制贵广二回直流研究系统的次同步振荡；针对实际工程中在整流站难以获得发电机转速信号的问题，提出了以换流站交流母线频率为控制信号的SSDC设计方法，结果表明在设计运行工作点采用上述两种SSDC控制信号可以获得同样的次同步阻尼效果。⑶揭示了HVDC系统次同步振荡和电气阻尼的传递机理，并首次定义了前向机组作用系数UIFfw和逆向机组作用系数UIFbw。通过分析整流侧交流电网对SSDC补偿阻尼的影响规律发现：次同步振荡从发电机转子向整流站母线的传递特性可以定量表示为UIFfw；直流系统电气阻尼从整流站向发电机的反馈特性可以定量表示为UIFbw。UIFfw与UIFbw的乘积恰好等于机组作用系数UIF，因此UIF能够有效反映闭环系统中发电机组与HVDC系统的次同步振荡耦合强度。⑷首次建立了SVC的采样-数据模型。将SVC的准稳态模型和采样-数据模型与PSCAD时域仿真模型进行对比，结果表明采样-数据模型比准稳态模型更为准确。准稳态模型对SVC附加控制器的阻尼效果明显过于乐观，而采样-数据模型则略偏保守，相对而言采样-数据模型具有更高的工程实用价值。基于SVC的采样-数据模型设计了附加次同步阻尼控制器，结果表明其可以有效抑制锦界电厂串补输电系统的SSR。⑸分析了复杂多机系统中机组之间的扭振相互作用。当并列运行机组具有相同参数和不同负载时，轴系振荡模态仍然存在近似的共模和异模：对于共模，不同发电机仍具有几乎相同的振荡幅值，但振荡相位差别较大；对于异模，轻载机组的振荡幅值要大于重载机组，虽然异模振荡不再对称，但异模振荡与外部电网的相互作用仍非常小。不同电厂固有频率不同的轴系之间的扭振相互作用非常微弱。当不同电厂的两台机组具有完全相同的轴系参数时，两者之间存在较强的扭振相互作用，而且相互作用的大小是基本对称的。⑹将复转矩系数法推广到多机系统中，得到了准确的表达形式。采用模态分析方法，证明了复杂多机系统中每个次同步振荡模态都唯一对应一个复转矩系数表达形式，而以往的复转矩系数法只是多机系统复转矩系数法在几种情况下的应用特例。在多机系统中，虽然准确描述的复转矩系数法实用性有所降低，但它可以对系统的等值简化方法进行校验，对于简化后的系统，用复转矩系数法分析电气阻尼规律仍具有明显的优势。