海上风力发电近年来取得了飞速发展,基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）并网的海上风电柔直系统具有损耗小、不受距离限制等优势,在深远海风力发电中具有巨大的发展潜力。由于海上风电柔直系统的海上交流电压由MMC建立,当发生短路故障时与传统风电交流并网系统的故障特性有较大差异。本文基于海上风电柔直系统的控制方案与运行原理,对海上交流输电线路分别发生对称短路与不对称短路时的故障特性进行了研究,提出了相应的优化改进方案,并对不对称控制器的小信号稳定性进行了分析。首先,本文介绍了海上风电柔直系统的拓扑,建立了MMC的等效数学模型,分析了MMC的基本控制策略与调制策略,研究了风电机组的运行原理与控制方案。其次,本文分析了在海上交流系统发生三相短路故障时系统的短路故障特性,对故障期间出现的功率倒流、频率波动以及故障恢复阶段出现的交流过电压问题进行了数学推导,并对海上换流器的控制策略进行了优化改进。随后,本文研究了海上交流系统发生单相接地短路、两相短路、两相接地短路故障时的故障特性,建立了各种故障下系统的序网络,推导了故障电气量的数学模型,分析了系统出现过电压、过电流现象的原因。基于分析结果,改进了海上MMC不对称控制器,根据各序电压、电流的数学关系,对换流器控制指令进行修改,有效消除了不对称短路期间系统的过电压、过电流等问题,维持系统的安全运行。最后,本文对海上风电柔直系统不对称控制器的小信号稳定性进行了分析,考虑风电场锁相环节、MMC环流控制器以及正负序分离对控制系统的影响,建立了基于MMC-HVDC并网的海上风电系统完整的小信号模型,研究采用不对称控制器时,系统在不同的运行工况以及控制参数下的稳定情况。