我国电网正面临高比例新能源渗透、大规模电力跨区输送、大区电网互联与特高压交直流混联新形势。电网互联可以充分发挥规模经济效益,在错峰填谷、大规模新能源消纳、共享旋转备用、协调检修计划等方面具有优势。电网互联方式传统意义上分为同步互联方式和异步互联方式两种。异步互联方式在技术上没有边界限制,但在经济上存在边界限制,输电设施成本和输电损耗是制约电网异步互联范围的根本性因素。同步互联方式在经济上受制于输电设施成本和输电损耗约束,在技术上也存在约束因素,因此有必要深入研究交直流同步电网的合理规模问题。本文从同步功率支援效应消失约束、含新能源受端电网频率稳定约束、低频振荡最低振荡频率约束、同步互联电网网侧阻尼控制技术、交直流混联结构约束与直流分网优化这五个方面,深入研究交直流同步电网合理规模基本约束与控制优化问题,主要研究内容如下:(1)研究了同步功率支援效应消失约束。基于理论分析提出了同步功率支援效应的定义和计算方法,表明同步功率系数就是刻画同步功率支援效应的指标,从而推导了同步功率支援效应消失的判据,即同步电网内任意机组之间的稳态相对功角不超过90°,并提出直接同步和间接同步方式的概念。基于受扰轨迹分析方法,研究了直接同步与间接同步方式下暂态全过程初始同步功率支援、首摆功角稳定与后摆功角稳定特性。间接同步机组相互间同步功率系数为负,在发生功率缺失冲击初始时刻不存在同步功率支援效应,同时在暂态全过程恶化了系统功角稳定,更容易出现失步问题。(2)研究了频率稳定约束下含新能源受端电网的合理规模。受端电网的规模可通过临界单直流馈入比描述,首先考虑新能源发电渗透率与直流馈入比修正了传统稳态频率偏差因子,并分析了稳态频率约束下临界单直流馈入比。其次,建立详细电磁暂态模型,研究了暂态频率约束下临界单直流馈入比特性,分析了风电场虚拟惯量控制器增益系数、风电场装机容量与水电发电占比因素影响。研究结果表明:受水锤效应影响,水电机组占比增加将导致暂态临界单直流馈入比减小;风电场配置虚拟惯量控制时,对受端电网的惯量支撑水平受装机规模、出力比率以及控制器增益影响。(3)研究了低频振荡最低振荡频率对同步电网规模的约束。从理论上推导了同步电网源侧发电机阻尼与振荡频率间的解析关系,分析了发电机本体、快速励磁控制和PSS对低频振荡阻尼的影响。发电机本体总是提供正阻尼,并随频率减小而增大;自动励磁控制通常提供负阻尼,并随频率降低负阻尼增大;PSS有利于发电机阻尼提升,但是低频阶段提升效果有限。当低频振荡频率过低后,配备有快速励磁和PSS的发电机组电气阻尼将变负,从而制约了电网源侧阻尼水平。基于两区域互联电网,研究了影响同步电网低频振荡最低振荡频率的关键因素。(4)提出了同步互联电网低频振荡抑制的网侧阻尼控制技术。基于网侧FACTS设备,提出了一套附加阻尼控制器设计方法:首先,基于留数比选择FACTS附加控制器的输入信号;其次,利用测试信号法进行系统模式辨识与控制器参数整定;接着,针对网侧附加控制器对源侧励磁振荡模式影响的现象,采用最大增益法整定控制器增益实现机网协调;同时研究了 FACTS设备容量在常规控制与阻尼控制的分配,以提高系统的暂态稳定水平和低频振荡稳定性。最后,以锡盟-山东大电源特高压集中外送系统为例验证了该技术的有效性。(5)提出了交直流混联结构约束与直流分网优化的一般性原则。首先,分析了交直流混联结构的优势与存在的稳定约束问题。其次,从电网安全性与输电经济性角度出发,提出交流输电通道强度指标、交直流输电通道强度比指标和交流输电通道效用指标,分别定量刻画交流通道输电能力、强直弱交程度和交流通道经济利用程度,并提出了直流分网优化的一般性原则。接着,以南方电网2030年规划方案为例通过静态计算与仿真分析验证了该原则的有效性。最后,结合本文研究工作,提出了交直流同步电网合理规模划分的四边形判据。