随着全球范围内能源使用的增长,化石能源将日趋枯竭,风电、光伏发电等新能源的开发具有重大意义。但由于风电等新能源都具有随机性、波动性等特点,常规的交流输电方案渐渐无法满足新能源并网的技术需求。而在风电接入、区域及异步电网互联等应用场合,直流输电技术的优越性已得到论证,因此直流输电及直流电网技术在近年来得到了电力工业界和学术界的高度重视。虽然目前国内外对于直流电网并无明确定义,关于直流电网拓扑结构的研究也还处于探索阶段,但可以预见的是,未来的直流电网可以采用不同接线方式、不同电压等级,将各大区域电网通过直流电网互联,形成覆盖广泛的骨干网架,借助各种直流输电技术的优势,有望解决大规模远距离海上及陆上风电场群并网所带来的挑战。目前,直流断路器技术仍然不够成熟,导致直流电网的发展面临许多挑战：1)直流电网中需要具备直流-直流换流器才可互联不同电压等级的直流线路；2)如果直流电网中某点发生了直流短路故障,则直流电网中直流电压将面临崩溃,导致整个系统中电力传输被中断；与此同时,由于目前电压源型换流器普遍没有隔离直流故障的能力,从而使被直流电网互联的交流系统也会受到直流短路故障的影响。此外,风电并网也会对直流输电系统带来巨大影响：1)风电功率波动会导致直流输电系统内部出现功率失衡;2)风电渗透率的增加会导致并网点交流系统惯性较低、抵抗频率扰动的能力较弱。本文立足于未来直流电网的应用,并针对上述问题及挑战,主要研究了含风电及多端口直流-直流换流器的直流系统建模及其协调控制方法。论文首先针对组成直流电网的直流-直流换流器的模型及其稳定性进行了研究,随后设计了直流-直流换流器的功率协调及故障隔离控制方案,接着针对风电并网方式及优化控制策略进行了探讨和验证,最后针对含风电及直流-直流换流器的直流电网进行了控制策略设计及各种运行工况的仿真。本文由以下几个部分组成：第一章综述了直流输电的研究现状,包括其在风电并网中的应用及直流-直流换流器的多种拓扑结构。概述了直流电网未来的发展趋势,分析了其研究背景及需要研究的关键技术。第二章提出了一种多端口面对面式(multiport front to front, MF2F)直流-直流(DC-DC)换流器拓扑。该拓扑可以互联不同电压的直流输电系统,且被互联的每条直流线路均可独立控制其潮流；随后建立了该拓扑的线性化模型,并针对其在小扰动和功率不平衡工况下进行了稳定性分析,为后续控制器的设计奠定了基础。第三章提出了一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制器。该方法能使多端直流输电系统在无人为干预的情况下自动保持功率平衡。论文将该平衡控制方法应用在一个由四端口MF2F换流器组成的直流系统上,并测试了在功率阶跃、交流故障、风功率波动工况下控制器的响应特性,仿真结果表明所提出的控制器具有良好的控制效果。该平衡控制方法将有助于推进多端口MF2F换流器在直流电网中的应用。第四章提出了一种将自阻型子模块应用到MF2F换流器中的方法。该方法应用MF2F换流器对直流电网进行故障隔离,不仅能充分发挥换流器自身的作用,还可以实现直流故障的自动清除。研究表明,所提方法不仅可以提高整个直流电网的运行安全稳定性,还可以确保在任一端口发生直流故障时,故障端口及电压端口不发生严重的过电流从而保护各端口的器件。第五章提出了一种应用在直流输电系统局部交流电网中风电功率的控制方法。针对局部交流电网频率稳定性问题,设计了一种仅需安装较小容量的储能装置即可提高含风电的系统频率稳定性的协调控制方案,并对其开展了建模与仿真工作,验证了所提出的控制方法的正确性。第六章研究了含风电接入的直流电网拓扑结构及全局控制。对该拓扑结构的特点和优势进行了分析,并设计了相应的启动控制、灵活潮流调控、直流故障隔离等控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台上对该系统进行了仿真与建模。仿真结果表明,所提出的控制方法能使所研究的直流系统有较高的可靠性和灵活性。通过本文的研究,以期为含风电接入的直流输电技术及直流-直流换流器的发展和工程应用提供参考。