模块化多电平变换器(MMC)是极具发展前景的变换器拓扑结构,适用于包括柔性直流输电在内的多种高压大功率应用场合。本文对MMC的基本原理、数学模型、控制策略及其应用进行了讨论和分析。(1)从MMC的基本理论出发,分析了MMC的基本结构,介绍了以半桥型子模块为基础的双星型MMC系统的工作原理与数学模型,并根据子模块电容与桥臂电感的实际作用,讨论了电容、电感值参数设计的基本思路。(2)介绍了MMC不同调制方法的原理与特点,分析了基于最近电平逼近调制的子模块电容均压控制和基于独立载波移相调制的分级均压控制方法,对分级均压控制中各级控制的思路进行了阐述。(3)对MMC桥臂环流及其抑制策略进行了分析与说明。在实际应用中MMC上、下桥臂参数存在难以避免的不对称情况,使得桥臂环流成分更为复杂,环流中出现一次分量。在桥臂对称与桥臂不对称两种情况下提出了相应的环流抑制策略,仿真模型均取得了较好的环流抑制效果。搭建了MMC实验平台,完成了MMC的逆变实验与整流实验。在逆变实验中对桥臂参数对称下的环流抑制策略进行了验证,在整流实验中对桥臂参数不对称下的环流抑制策略进行了验证。(4)对MMC在柔性直流输电领域的应用展开了讨论,对风电场接入的MMC-HVDC系统及其简化结构的原理与控制方法进行了分析,整流站MMC采用定交流电压控制、逆变站MMC采用定直流电压控制。通过仿真模型验证了控制方法的有效性。