能源作为人类赖以生存的物质保障，已成为人类生存所必不可少的资源之一。化石能源作为自然资源中的一次能源正日益枯竭，其中，电能又是所有能源中的最重要的组成部分。并且，随着环境污染的不断加剧，亟待开发以可再生能源为主的新能源，风力发电﹑光伏发电等可再生能源发电单元通过电力电子变换器逐渐渗透至传统电力系统，大大改变了传统电力系统的结构和运行特性。
　　自爱迪生和特斯拉的交直流电之争以来，交流电在很长一段时间内占据着较大的市场份额和网络架构。然而，随着电压等级的逐步提高与电力电子技术的飞速发展，直流电的优势逐渐展现出来。相比于交流电，直流电不存在无功功率的消耗以及同步稳定问题。特别是在高压大容量远距离的电能传输方面，直流电能的传输存在不可比拟的优势。然而，由于电力电子的多时间尺度特性和快速性，不可避免地引发了变流器之间的动态交互作用以及变换器与直流网络之间的电磁暂态交互影响，威胁着直流输电或者其他电压等级的柔性直流系统的安全稳定运行及发展。本文针对低压的柔性直流系统，以及高电压等级的柔性直流输电系统，多端柔性直流输电系统，模块化多电平变换器型柔性直流输电系统展开了稳定性机理研究。并研究了变流器与直流网络，以及变流器之间的动态交互机理，建立了小信号数学模型，并分析讨论了直流电压的振荡机理。主要研究内容和成果如下：
　　(1)提出了一种应用于柔性直流系统的级联式虚拟同步机控制策略，通过模拟同步发电机的原理在直流电压外环和电流内环之间级联虚拟同步机的动态控制环节来为整个直流网络增强惯性和阻尼，抑制直流电压的振荡，改善整个系统的稳定性与鲁棒性。本文建立了柔性直流系统的小信号模型，通过阻抗分析﹑阻抗比判据﹑特征值分析和鲁棒性及鲁棒稳定性分析阐述了所提级联式虚拟同步机抑制直流电压振荡的机理，并揭示了虚拟同步机控制策略改善柔性直流系统的惯性和阻尼性能。本文所提级联式VSG控制策略具有较好的参数适应性和参数鲁棒性，并不依赖于系统参数。所提级联式VSG控制策略级联于外环直流电压控制环和内环电流控制环之间，并未改变系统原有的控制结构和参数，具有较好的控制系统结构鲁棒性，并且适用于多组运行工况，且具有较为宽泛的控制参数运行范围和较好的参数适应性和参数鲁棒性，对系统固有参数不敏感。最后通过仿真和Star-Sim硬件在环实验验证了所提虚拟同步机控制的有效性和可行性。
　　(2)针对VSC-HVDC系统拓扑结构，提出了一种直流侧虚拟惯量控制策略，应用于直流电压控制换流站，为柔性直流系统的电压振荡提供了阻尼通道，较好地抑制了直流电压的波动。针对建立的双端柔性直流输电系统小信号阻抗模型，辅以无源稳定判据﹑阻抗比判据﹑阻抗特性分析等方法论，从不同的角度揭示了系统在传统双闭环矢量控制作用下存在弱阻尼振荡模态和阻抗谐振交互作用。在引入级联式虚拟惯量控制策略后，系统的阻尼性能和惯量得到显著改善，直流电压振荡被较好的抑制。引入的虚拟惯量控制的动态方程本质上与直流侧能量守恒和功率平衡方程一样，因此，直流侧采用虚拟惯量控制的本质是基于能量守恒原理通过模拟惯量来改善直流电压的暂态响应，使得直流电压的暂态响应变得缓慢。从虚拟惯量控制的动态运动方程可知，越大的虚拟惯量导致越低的直流电压变化率，即直流电压变化越平缓。越大的虚拟阻尼系数导致越小的动态和静态直流电压偏移量，虚拟惯量控制的引入增强了系统直流侧的等效阻尼和惯量。反之，越大的直流电压变化率使得虚拟惯量控制可以提供更大的虚拟惯量功率的支撑，以实现更好的阻尼和惯量支撑效果。
　　(3)基于平均值模型建立了MMC与直流网络的小信号动态模型，定性地分析了MMC换流器与直流网络的动态交互作用，基于频率分析方法得到了响应的阻抗频率特性，并通过频率阻抗扫描的方法验证了所提阻抗模型的正确性和有效性。分析了有源阻尼控制策略引入后对系统的影响，仿真和理论分析表明，系统在引入所提有源阻尼控制策略后，系统稳定性和阻尼性能得到大幅度增强。
　　(4)基于叠加定理建立了多变换器并联的动态交互作用机理的数学模型，通过分离每个激励源对直流网络的动态响应，再进行叠加得到由多个激励源的叠加的一个响应。定性的分析了当各支路直流线路参数不对称时,各个谐振回路(每一条直流线路与VSC形成一个谐振回路)的固有振荡频率也不一致，因此激发出的直流电压振荡是非正弦时变的。仿真验证了多端柔性直流输电系统存在潜在的变换器直流侧电压振荡的可能性，在某些工况下，当线路参数确定时，系统由于变换器与直流网络发生动态交互作用可能导致直流电压的弱阻尼振荡。