为了满足能源的急剧需求和减少温室气体排放,可再生能源发电近十年来得到了广泛的应用,取得了长足进步。可再生能源发电的发展和推广也使得电力系统更加丰富和多样化。离岸风电场具有更好的风力条件并且具有更少的公共利益冲突,可以提供更多的风电资源。中国的风能资源主要分布在东北部,而中国的主要电力消费市场位于东南部。将大规模离岸风力发电接入现有的电力系统面临着许多技术和经济上的问题,例如如何建设远距离海底输电线路以及如何克服风能不断变化的问题。为了解决这些问题,基于电压源换流器的多端高压直流输电系统是连接大规模离岸风电场和电力系统的一个良好选择。对于多端直流输电系统,以往的研究主要集中于控制的角度,通常定性的分析多端直流输电系统的运行机制。本文采用仿真和实验验证的方法设计多端直流输电系统协调控制策略,并对系统的运行进行分析。通过动态仿真的方法对多端直流输电的电路拓扑进行了对比,并且提出了拓扑评价标准。本文进行的研究工作主要分为以下几个部分:(i)多端直流输电系统控制策略(ii)所提控制策略下电压源换流器运行特性及不同稳态和暂态条件下系统分析(iii)基于给定的技术和经济因素,对比不同多端直流输电系统的拓扑结构,并提出一种新型的多端直流输电系统拓扑。首先介绍了多端直流输电系统的几种典型的控制方法:主从控制、电压裕度控制和直流电压下垂控制;推导了电压源换流器的解耦数学模型,分成相互解耦的上层和下层控制器;简要介绍了多端直流输电系统的保护标准。换流站的本地控制取决于所连接的交流网络。本文描述了多端直流输电的运行准则,以及实现功率协调分配的控制系统,并使用了动态仿真模型进行了测试。本文提出了一种双层的控制结构并进行了实验验证,当主从控制中主站退出运行时,系统从定直流电压控制转为下垂控制,提高了直流电压的稳定性。在多端直流输电系统的分析和运行特性部分,研究了三种多端直流输电系统在稳态和动态条件下不同的控制策略。分析了电压源换流器的电压电流特性以及不同离岸输出功率下电压源换流器的运行机制。提出一种广义下垂控制策略和比例下垂控制策略,不依赖通讯,实现换流器之间的自动协调控制。通过PSCAD/EMTDC仿真和实验验证了三种系统条件下的运行。建立了四端实验平台分析稳态和暂态系统条件下,应用所提四种不同的控制策略系统的动态效果。结果显示,所提控制策略可以在正常情况、风能变化、换流器短暂断开、交流电网换流器功率需求变化等情况下实现良好的控制效果,仿真和实验的结果可以很好的吻合。本文的第三部分研究了高压直流输电系统的不同拓扑结构。提出了一种典型的两风电场加一个平台的拓扑结构。多端直流输电系统的标准和控制策略同时被定义。高压直流输电开关装置和直流电路拓扑考虑了离岸平台和直流断路器。本文分析了不同的多端直流输电拓扑,并且基于以下的技术和经济标准对比了不同的拓扑结构:长度,容量,电路数量,费用,灵活性,稳定性,离岸分平台数量和直流断路器数量。综合设计的控制策略,应用PSCAD/EMTDC仿真,分析和对比了不同拓扑结构的运行机理。考虑了两种不同的测试:暂态换流器断开连接和直流侧线路的故障。仿真结果显示,所提的拓扑结构在未来多端直流输电中有广阔的应用前景。此外,直流电压的控制是保证系统稳定的先决条件。因此,本文中不同的实例均以±5%的直流电压波动作为衡量稳定性的一个标准。