近20年电力半导体器件的长足发展，产生了可以自换相的基于电压源换流器（VSC）的直流输电技术，称为柔性直流输电技术。作为新一代经济、环保的输电技术，柔性直流输电以其鲜明的技术特点，正受到国内外电力学者以及电力规划、设计和运行人员的广泛关注。本文基于柔性直流输电的运行原理，着重对数学建模、同步方案、控制策略、参数优化和故障保护方面进行深入分析。　　首先分析柔性直流输电的功率传输特性和VSC的运行原理；引入二值逻辑开关函数，建立电网对称运行时VSC的开关函数暂态模型；为了简化物理模型和指导控制器设计，推导 VSC在两相同步旋转 dq坐标系中的低频动态模型和相应的标幺值模型。　　其次，为了实现VSC系统的控制和保护，介绍一项新的频率/相位和瞬时对称分量检测方案——基于双二阶广义积分器的频率同步环（DSOGI-FLL），并对其进行两方面的改进：一是改进基于二阶广义积分器的正交信号产生器（SOGI-QSG）的结构，以克服系统品质因数因输入信号频率波动而变化的问题，降低对系统动态特性的影响；二是在频率估计环中引入自适应控制策略，以克服FLL在相位突变时检测频率大幅波动的问题。通过在交流电压故障时的仿真验证所设计系统具有良好的动态品质和检测精度。　　然后结合上面取得的成果和结论，以直流电压、有功功率和无功功率为控制目标设计双闭环矢量电流解耦控制系统；通过传统的频域响应分析法计算得到各控制环PI参数的初始值，并采用Simplex算法优化各目标控制器的参数；以基于SMIB的交直流混合系统为例，在PSCAD/EMTDC平台建立相应的仿真模型，验证所设计控制器对潮流的优化效果。　　最后针对电网电压不对称故障的实际运行情况，分析瞬时对称分量的表达形式、不同坐标系之间的变换关系和负序分量对VSC交直流两侧的谐波影响；采用瞬时对称分量理论，建立电网电压不平衡时VSC系统在广义同步dq旋转坐标系中的低频动态数学模型；以抑制交流系统不对称故障所产生的负序电流为目标设计相应的控制保护系统，并建立相应的仿真模型验证其有效性。