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我国电网已形成大规模西电东送、南北互供,特高压、远距离、大容量、交直流混合输电的格局,大电网形态和运行特性发生了深刻变化,交直流系统相互作用日益显著。随着直流输电规模的不断扩大、MMC电力电子设备的广泛应用,电网动态分析的时间尺度范围扩大,多模块MMC阀的微秒级快速暂态、直流系统控制保护的毫秒级暂态和大电网的秒级以上动态等不同物理特征过程相互交织和强烈耦合,使得电网运行控制特性更趋复杂化。为了准确分析电力电子化特征明显的交直流混联复杂大电网,需研发具有全景仿真规模、重要控制装置物理闭环接入、与实际电网运行数据接口等技术特性和能力的新一代仿真技术和手段。而现有技术在仿真精度、规模和速度等方面还不能很好满足交直流复杂大电网仿真分析的要求。论文围绕交直流复杂大电网仿真分析中的技术难题开展了前沿技术探索和工程应用研发,主要工作包括:(1)深入分析了交直流大电网技术发展及其对仿真技术的要求,提出并设计基于“FPGA+RTDS+并行机”异构平台的交直流大电网混合实时仿真架构,实现具有快速电磁暂态、常规电磁暂态和机电暂态联合仿真功能的交直流大电网多时间尺度混合实时仿真系统。(2)开发VSC电力电子设备小步长多速率实时仿真技术,在FPGA上实现了步长为2～3lps的VSC换流阀的微粒度并行计算仿真算法,并开发实现FPGA与RTDS的混合仿真接口,建立准确高效的VSC小步长实时仿真试验平台。(3)改进了“RTDS+并行机”电磁-机电暂态混合仿真平台的高效实时算法和高精度接口算法,有效提高混合实时仿真精度与仿真效率。其中HVDC系统在RTDS中进行细粒度并行计算,步长为50~100lps;交流系统在并行机中进行粗粒度并行计算,步长为10 ms。(4)研发了混合仿真高速大容量数字通讯接口,实现了多时间尺度异构实时仿真平台之间的高精度、低延时、高速实时通讯。各仿真子平台通过闭环接口实现时间上多尺度步长、空间上多颗粒度并行的多模式联合仿真计算,为交直流复杂大电网运行分析和试验研究提供了精确高效的仿真平台。(5)将混合实时仿真技术应用于交直流大电网实际运行,开发了多源数据通讯交互和异构系统模型映射技术,使仿真系统能以EMS中实际电网运行断面作为仿真初态,建立起与实际电网运行状态高度相似的“镜像系统”,并能实现仿真过程的调控交互和仿真结果的形象展示,从而实现了实时仿真、电网运行、调度自动化三者的有机融合。通过基于混合实时仿真的电网调度运行仿真镜像系统实际算例验证得了平台的有效性。论文工作实现了电力系统快速电磁暂态、常规电磁暂态和机电暂态的多时间尺度实时联合仿真,为LCC、VSC等大功率电力电子变流装备大量涌现后,交直流大电网的复杂动态分析和安全风险评估提供了更加精确和高效的仿真研究和试验研究手段,能有力促进电力系统仿真技术的发展,具有重要的工程应用价值。