在交流输电技术日益成熟的同时,高压直流输电(HVDC)技术也随着大功率电力电子器件、高压换流器技术的发展而发展,解决了困扰早期直流输电技术发展的技术难题。近年来围绕VSC-HVDC技术的研究取得了一系列的突破,其中最引人注目的是模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter,MMC)在直流输电工程上的成功应用。MMC-HVDC极大地促进了柔性直流输电技术的发展及其工程推广应用。因此维持模块化多电平换流器内部能量稳定对于MMC-HVDC的正常运行至关重要。本文旨在研究MMC的内部能量动态行为及其附加控制,并在PSCAD/EMTDC中,建立11电平双端MMC-HVDC系统模型并实现其控制策略。内容如下:首先,介绍了MMC的基本拓扑结构和工作原理,并且详细地分析了MMC的运行特性;通过对MMC桥臂电流的分析,阐述了桥臂电流中包含的不同分量对相单元上下桥臂中能量的影响,进而建立MMC的数学模型并分析其子模块电容电压(能量)的动态特性。其次,将瞬时能量与相关物理量的数学关系进行分析,进而分析瞬时能量的波动特性,并将能量波动规律的解析表达式进行多层推导,为MMC-HVDC系统稳定运行提供了有效的控制依据;针对推导出的能量波动解析式,分析MMC内部能量平衡的机理,并提出对应的能量控制策略,重点提出桥臂能量均衡控制器,详细分析其设计过程,最终控制MMC内部电容电压(能量),使得内部能量波动减小并达到稳定,以及在MMC功率运行区间优化的应用。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端MMC-HVDC系统模型,并验证了本文所提出能量波动规律的解析式和桥臂能量均衡控制器的准确性和有效性。