由于我国的大规模新能源发电基地大多数集中在经济欠发达的“三北”地区,远离我国中东部的电力负荷中心,当地电力消纳能力不足。因此,大力发展高压/特高压直流输电(high/ultra voltage direct current transmission,HVDC),是解决我国大规模新能源远距离传输的关键。而单个功率开关管的耐压和导通电流的容量不足,使传统三相电压源变换器(voltage source converter,VSC)难以满足高压/特高压直流输电的工程需要。模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的优势表现在模块化程度高、易于系统扩充和引入冗余控制等方面,是解决高压大功率直流输电系统开关器件容量不足的有效手段。但是,MMC独特的电路拓扑结构也容易导致其比一般VSC更为严重的环流问题,由此带来了严重的系统器件损耗与运行稳定问题。此外,当系统发生三相不平衡故障时同样会带来严重的环流问题。因此,MMC-HVDC的环流抑制是当前亟待解决的挑战性问题。本文以MMC-HVDC系统为研究对象,重点研究其电路拓扑、MMC子模块的结构及工作原理、MMC系统控制策略和建模、MMC系统环流形成机制与环流抑制策略及MMC-HVDC的小信号建模和稳定分析。完成的主要工作如下:(1)MMC-HVDC的拓扑、控制策略及建模研究。首先,分别给出MMC的子模块级与系统级的拓扑结构,并推导出MMC-HVDC的数学模型。然后,设计了电压外环与电流内环的双闭环控制策略,并完成了MMC-HVDC系统电磁暂态模型仿真,保证了系统的稳定运行。(2)MMC系统环流形成机制分析。根据交直流侧的瞬时功率守恒原理,通过公式推导获得了内部环流的数学模型,并由此得到环流的负序二倍频特性,揭示MMC内部不平衡压降产生的内部环流机理,为环流抑制研究奠定基础。(3)环流抑制策略设计及其验证。本文针对不同工况下的环流问题分别设计了相应的环流抑制策略。通过模拟上、下桥臂子模块数量不相同、三相负载不平衡及单相或多相接地等不平衡故障,验证本文所提环流抑制策略的有效性。(4)MMC-HVDC的小信号建模和稳定分析。由于MMC-HVDC直流母线的动态特性,变换器的交直流两侧之间存在频率耦合,加上MMC的相间环流问题的存在,使得系统受到外部干扰时更易发生新型的次同步振荡/谐振(subsynchronous oscillation/resonance,SSO/SSR)。为此,研究了变换器的频率耦合特性,建立了一种计及频率耦合的MMC-HVDC序阻抗小信号模型,并分析其阻抗特性。通过在MATLAB/Simulink平台中搭建MMC-HVDC系统进行了时域暂态仿真研究,结果表明:本文所提的环流抑制策略在不同工况下均有良好的抑制效果;此外,通过阻抗模型的特性曲线,能够更加准确地预测系统潜在的谐振点,为谐振治理提供理论参考。