随着近年来石油、煤炭等常规能源资源愈加紧缺、各类环境问题的压力不断增大,风电、太阳能等可再生能源得到大力发展。此时,传统交流电网的内在缺陷也逐渐显现出来。例如近海风电场的接入,由于风能自身的随机性与波动性,难以采用交流形式接入。近年来,随着全控器件技术的不断突破,基于电压源型换流器的多端直流输电系统(VSC-MTDC)得到快速的发展和广阔的应用。鉴于此,本文针对VSC-MTDC系统的协调控制及稳定性分析展开了一系列的研究,主要工作归纳如下:VSC-MTDC不仅具有两端柔性直流输电(VSC-HVDC)的特点,而且相比之下运行方式更加灵活、经济,但同时系统的控制策略也相对复杂。VSC-HVDC采用主从控制(Master-Slave Control),要求换流站间及换流站与上层控制之间实时通信,进而保证系统的正常运行。而VSC-MTDC由于换流站数量较多,地理位置分散,换流站间的相互协调配合更加复杂,而基于实时通信的控制策略难以满足系统的要求。因此,本文首先基于自律分散控制思想(Autonomous Decentralized Control),提出了适用于多端直流输电系统(VSC-MTDC)的组合控制策略。组合控制策略结合了目前多端系统常用的两种控制策略:电压倾斜控制和电压裕度控制的优点,且相互弥补了这两种控制策略的不足和缺陷,改善了 VSC-MTDC在暂态过程中的动态响应特性。其次,在dq旋转坐标系下详细推导了基于组合控制策略的VSC-MTDC交/直流系统小信号模型。本文采用模块化建模,将系统分为4个部分:换流器、控制系统、交流系统及直流线路。其中,控制系统分为两层:换流站站间的协调控制(组合控制)与换流站站级控制(矢量电流控制)。同时,本文基于PSCAD/EMTDC搭建了对应的VSC-MTDC电磁暂态详细模型,并将两个模型在时域下进行了详细比对。仿真结果表明,在小扰动情况下,VSC-MTDC的小信号模型与电磁暂态详细模型的输出波形几乎完全重合,进而验证了小信号模型的正确性。接着,基于VSC-MTDC交/直流系统小信号模型,本文利用根轨迹法(Root-locus Method)详细分析了控制系统参数对整个交/直流系统(VSC-MTDC)稳定性的影响。文中指出,组合控制方式中斜率的选取对系统的稳定性有非常重要的影响,并在最后给出了参数的稳定选取范围。而在接入不同强度的交流系统时,矢量电流控制各参数对系统的稳定性影响程度并不相同。弱系统外环控制器无功分量回路与内环控制器有功分量回路参数取值越大,系统稳定裕度越大;反之,取值过小将导致稳定裕度下降,甚至造成失稳。而外环有功与内环无功分量回路参数对系统稳定性影响相对较小;而在强系统情况下,内环有功分量回路参数过小将导致系统失稳外,其余参数不会对系统稳定性造成影响,始终处于稳定范围内。在保证VSC-MTDC的稳定性基础上,为了提高系统的动态响应特性,本文提出了通过外部优化程序同时调用多个PSCAD/EMTDC的多状态参数优化方法。该方法可以对多个控制目标进行并行优化,各个目标函数通过加权的形式累加,进而保证参数优化的结果适用于多个运行状态,同时大大提高了优化效率。由于海上风电场等可再生能源的接入是VSC-MTDC重要的应用场合,而风电场又是典型的弱系统,因此本文对VSC-MTDC接入弱系统的稳定性进行了详细分析。指出弱系统情况下,锁相环(PLL)成为影响系统稳定性的关键因素。本文基于线路上传输的有功功率与线路两端电压相角差之间的动态关系,提出了对PLL进行补偿的方法,能够有效提高整个系统的稳定性。并对比分析了采用传统PLL与补偿PLL时VSC-MTDC的根轨迹曲线,验证了所提方法的正确性。