柔性直流输电技术(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)作为第三代直流输电技术经过十多年的发展,在中大功率场合的应用越来越广泛,尤其是在清洁能源发电、孤岛供电、城市配电网、静止无功补偿器、电能质量提高等重要领域展现出独特的优势。以模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)为核心的柔性直流电网技术(MMC-VSC-DC Grid)是未来智能电网解决多能源系统集成与传输的关键技术之一。但在实际工程中直流侧短路故障的快速保护是其亟待解决的关键问题,而直流侧短路故障演化规律的研究是开发保护策略的基础。本文重点研究MMC-HVDC电网直流侧短路故障电流演化的关键影响因素,探索阀拓扑结构、系统参数等对故障电流演化的影响机理,为柔性直流电网直流短路故障保护设计提供理论依据,主要工作和创新点如下:(1)根据MMC换流器的基本拓扑结构,推导了MMC的数学模型,对现有的MMC-HVDC三层控制策略进行了介绍,重点构建了三种主要子模块(半桥子模块、全桥子模块、改进复合子模块)拓扑下双端伪双极的PSCAD/EMTDC仿真模型,同时采用桥臂最大电流作为直流侧故障快速检测的条件,为进一步研究MMC直流侧短路故障奠定基础。(2)利用RLC等效电路对不同子模块的故障隔离原理进行了分析,根据MMC故障闭锁后等效模型中的桥臂等效电容参数对现有的子模块拓扑结构进行分类;推导了故障电流解析式;根据提出的故障评价指标考察、分析了系统参数对故障电流演化的影响,得出直流侧短路电阻、平波电抗器电感值以及阀结构是对故障电流演化影响显著的关键因素,闭锁后故障清除时间计算结果表明平波电抗器和阀结构对抑制故障电流发展、大幅缩减故障清除时间有着重要作用。(3)提出了基于暂态能量分析的故障演化分析方法,对电阻、电感、电容以及交流侧暂态能量变化统一作了定义,分阶段研究双端MMC-HVDC系统直流侧双极短路故障下不同阀结构对应的暂态能量时空分布,揭示了暂态能量在交流侧、换流器桥臂、直流侧转移规律和对应直流故障电流演化规律。(4)提出一种改进的MMC拓扑方案来抑制直流侧故障电流的发展,并对其关键参数进行了设计,研究了张北四端直流电网不同故障点单极接地故障的故障电流演化规律,采用暂态能量分析方法研究了系统不同部分的暂态能量转移情况。