随着特高压直流（Ultra High Voltage Direct Current,UHVDC）输电在我国大规模应用,与其相关的设计与运行问题日益突出。由于UHVDC规模庞大、结构复杂,参数设计和故障分析往往依赖于建模与仿真,以RTDS代表的在线实时仿真使用门槛高且价格昂贵,而现有的简化模型又难以保证故障状态下的准确性,因此亟需提出新的建模方法在保证较高精度的同时,具有更高的运行效率,继而降低直流输电系统的仿真难度与投入成本。此外,UHVDC换流站的运行可靠性仍然有待提高,从更深层次把握系统运行机理能够更好地指导系统参数设计和控保系统参数整定,进而降低系统故障率。论文以国内某UHVDC为研究对象,首先介绍该直流输电系统的一次系统结构,包括系统主接线、一次设备的参数和运行原理以及特点,详细介绍了二次系统包括控制系统和保护系统的结构和控制原理,并以此为依据在MATLAB/Simulink中建立该UHVDC的详细模型,通过仿真算例以及与现场调试波形数据的对比,证明了详细模型的准确性以及与实际系统的一致性,最后将详细模型应用于对该系统逆变站故障案例的复现,进一步证明了详细模型的参考价值。然后,论文基于开关函数理论建立了UHVDC的常微分方程（Ordinary Differential Equation,ODE）模型,在分析了自然换相点偏移和换相失败对开关函数的影响后,提出一种考虑故障状态的开关函数调制策略;结合仿真算例,研究了ODE模型在多种故障状态下的运行特性,并以详细模型为参考,对比了ODE模型的仿真误差与运行效率。仿真结果表明,论文提出的ODE模型能够准确反映换流阀的各种故障状态,且具有误差小、效率高等优点。最后,基于ODE模型对UHVDC进行谐波函数分析,并推导出交直流系统瞬时功率的谐波函数表达式。根据瞬时功率属性,分析各瞬时功率成分的数量关系,建立了包括主功率通道、有功损耗通道和振荡功率通道在内的交直流瞬时功率耦合通道;根据LCC交直流回路桥臂等效电压的关系,建立了交直流电压耦合通道。通过与详细模型的仿真对比,分析了交直流耦合通道的误差和交直流耦合特性。仿真结果表明,论文提出的交直流耦合通道能够准确反映有功功率通道的传递关系以及振荡功率的低频谐波特性,对于UHVDC的运行机理研究和控保参数整定具有指导意义。此外,论文基于耦合通道数量关系提出了UHVDC有功功率控制策略,并通过仿真算例验证了有功功率控制策略的有效性和准确性。