针对化石能源大量开发利用带来的资源紧张、环境污染、气候变化等三大挑战,大力发展清洁能源是应对这一系列问题的有效手段。目前,我国电网发展相对成熟,但是现有的电网既无法满足大量新能源机组的接入,也无法适应高比例新能源功率的传输。柔性直流输电技术因其控制灵活、无换相失败等优势成为了新能源并网以及新能源功率传输的重要技术手段。目前,国内外已经投运了多个两端以及多端柔性直流输电工程。柔性直流输电技术越来越成熟,也越来越得到国内外专家学者的认可。同时,直流断路器的成功研发,也使得直流电网的建设成为了可能。相对于多端柔性直流输电,直流电网在输电灵活性和可靠性上有着突出的优势。同样,直流电网的建设也面临着一些新的挑战,比如潮流和直流电压的控制,快速保护策略,统一的直流电网运行准则,以及直流变压器等直流设备的研发等。我国即将建设世界首个直流电网——张北柔性直流电网示范工程。张北柔直电网电压等级高,输送容量大,故障后交直流的交互影响严重。而且高比例电力电子器件的应用导致了直流电网低惯量的特点,故障发展速度快,真双极四端环网的结构使得故障发展过程复杂。因此必须对张北柔直电网交直流侧的故障进行详细分析。首先,论文在PSCAD上建立了基于模块化多电平柔性直流输电技术的四端直流电网电磁暂态模型,并介绍了 PSD-BPA里面直流电网的机电暂态模型。电磁暂态模型中换流站采用基于戴维南等效的快速仿真模型,该模型可以满足论文对换流站内部电气过程的研究要求;机电暂态模型中换流站交流侧等效为电压源,直流侧等效为电流源,用于研究直流电网与交流大系统之间的交互影响。第3章,论文分别分析了直流电网直流侧的典型故障:直流线路短路故障,直流线路断线故障和闭锁故障。直流电网的故障特性与多端柔性直流输电的故障特性存在着很大的不同。首先直流电网采用了环形的拓扑结构,其次直流断路器的应用也给直流电网的控制保护提供了新的有效手段。论文首先在柔性直流电网模型上对这几类故障进行了仿真,并从柔性直流输电技术的原理上对仿真结果进行了机理分析。最后针对不同故障,提出了相应的控制保护策略,来保证故障后直流电网的稳定运行。在第4章,论文分析了直流电网接入后对近区交流系统短路电流水平的影响以及近区交流系统的N-1、N-2故障。论文首先以换流站与交流系统公共连接点处的三相短路故障为研究对象。研究发现,当公共连接点处发生三相短路故障时,换流站会向短路点提供短路电流。该短路电流的大小与换流站的控制方式、控制参数以及直流电网的运行方式有着密切的关系。论文给出了换流站近区短路电流的计算方法,并分析了控制换流站输出短路电流的有效手段。本章最后根据《电力系统安全稳定导则》(DL755-2001)的要求,对直流电网近区交流系统的N-1和N-2故障进行了仿真分析。在第5章,论文分析了大容量风电场孤岛方式接入直流电网的可行性,并分析了送端不同的连接方式下,直流电网的输电能力,以及限制因素。在送端新能源孤岛运行的方式下,直流电网的输送容量受换流站闭锁故障的限制,无法实现换流站的满功率运行。