背靠背电压源型变流器在变速恒频风力发电系统、轻型直流输电系统等新兴领域得到了越来越多的应用,其整体工作性能不仅取决于控制器的性能,而且还与主电路结构及参数有关。因此,对背靠背电压源型变流器的控制与运行性能进行研究对于其实际运行有着重要的指导意义。本文对背靠背电压源型变流器的数学建模、控制器设计、主电路参数对系统运行性能的影响进行了研究,主要包括以下内容:建立了背靠背电压源型变流器在dq同步旋转坐标系下的动态数学模型,分析了背靠背电压源型变流器与两端交流系统互联时的功率交换控制原理,将与两端交流系统间的功率交换控制问题,转化为满足运行约束条件下电流有功分量和无功分量参考值的跟踪问题。设计了基于直接电流控制的双闭环控制器,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,基于系统传递函数,采用极点配置的PI参数设计方法,使控制器的期望性能指标与PI参数之间建立了直接的量化关系。通过引入负载电流前馈控制,提高了系统的抗扰动能力。分析了背靠背VSC系统交流侧电感对系统功率的传输能力、瞬态电流的响应速度及电流谐波特性等运行性能的影响以及直流侧电容对于抑制直流电压波动的影响。最后,利用PSCAD/EMTDC软件搭建了30kVA背靠背VSC系统的功率交换控制仿真模型,介绍了仿真模型各功能模块,通过对背靠背VSC与两端交流系统的功率交换进行控制仿真,验证了所设计控制器的有效性。