近年来,随着远距离大功率高压输电技术的迅速发展,模块化多电平换流器(MMC)逐渐成为柔性直流输电技术(HVDC)所用换流器中的主流拓扑。子模块之间相互级联的模块化结构使得MMC具有开关频率低且损耗少、电能变换效率高、谐波含量低、输出电压和电流波形良好、可灵活拓展等显著优势。这种新型的拓扑结构不仅在HVDC工程中广受关注,在许多中压场合如调速电机驱动、统一潮流控制器、直流融冰、固态变压器与中压直流配电网等领域也有着相当广阔的应用前景。相比直流输电应用,中压MMC电压等级低,子模块数目通常只有几十个,但目前其调制、环流抑制以及内部能量平衡仍然主要沿用柔直工程中MMC的设计方法。为优化中压应用中MMC的性能,本文的主要研究工作如下:首先,本文通过分析MMC的电路结构和调制策略,给出了载波移相调制下MMC桥臂电压与输出交流电压的傅里叶表达式。当考虑环流抑制方法后,揭示了桥臂电压参考信号将产生一系列的偶次谐波,对MMC输出交流电压谐波特性产生不利影响。在此基础上通过数学分析阐明了MMC环流抑制与载波移相调制之间的耦合现象,并通过了仿真验证。其次,为了避免环流抑制影响输出交流电压的谐波特性,提出了MMC的解耦调制策略,对环流抑制信号进行独立调制。在此基础上,通过引入延迟时间,尽可能节省开关动作,降低由于环流抑制信号独立调制带来的额外开关次数,并根据环流纹波范围求得最大允许的延迟时间。对MMC解耦调制策略在四种不同延迟时间条件下进行仿真,验证了所提出解耦调制策略的有效性。再次,本文提出了改进的能量平衡控制策略,当对其中一相进行桥臂平衡控制时,向另外两相中也注入一定的基频环流,使其不影响MMC直流侧电流。并且提出了降低开关次数的子模块电容电压平衡方法,对处于投入状态与旁路状态的子模块分别排序,避免了同一子模块不必要的反复投切。在此基础上,设置实时变化的电压阈值,将各子模块的电容电压值限制在一定范围内,避免了电容电压值发散对系统造成的不利影响。通过仿真验证了所提出的能量平衡控制策略。最后,基于搭建的600V/10k W三相MMC实验样机,验证了环流抑制与载波移相调制之间的耦合现象,以及所提出的解耦调制策略的有效性。