相比传统模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC),混合模块化多电平变换器(Hybrid Modular Multilevel Converter,HMMC)由于具有直流短路故障自隔离功能,在高压直流输电领域的应用前景广阔,因此受到了广泛的研究。本文以HMMC为研究对象,重点研究其模型预测控制,改善控制的性能,并基于模型预测控制对直流短路故障检测和穿越控制进行优化。本文研究了HMMC的拓扑结构并推导其数学模型,在此基础上对统一脉宽调制和排序均压算法进行阐述,讨论其在直流短路故障期间的变化。并搭建以RT-LAB实时仿真系统为基础的半实物实验平台,简要阐述平台的结构。为解决现有戴维南等效模型只对半桥和全桥子模块进行建模的问题,本文在学习戴维南等效原理的基础上,建立一种HMMC的戴维南等效模型,将半桥和全桥子模块整合在一起进行等效,简化了模型的结构,节约了仿真时间,并结合调制策略和均压方法仿真验证了等效模型的精确性。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是本文的主要研究内容,针对其存在的环流控制在不同应用场合控制效果不理想且会对交流电流造成影响等问题,在推导HMMC离散化预测模型的前提下,提出一种优化MPC策略。该策略利用桥臂环流控制参数δ_j使环流控制能适合各种规模的MMC系统,并理论推导出δ_j的选择范围,设计其选择方法。同时利用交流电流优化控制对前级控制的结果进行筛选,避免环流控制对交流电流的影响。此外,从限制寻优范围和降低排序频率的角度,降低MPC策略的计算量和开关器件的平均开关频率。仿真和实验验证了优化MPC策略的优越性。针对直流短路故障问题,本文基于优化MPC策略对HMMC的直流短路故障检测方法和穿越控制进行探讨。通过分析HMMC双极直流短路故障的故障特性掌握故障电流的变化规律,以此为基础结合优化MPC策略提出一种利用桥臂电流进行故障检测的方法,相较现有检测方法,无需采集直流限流电感上的电压、电流信息,降低了系统成本和体积,并给出故障检测阈值的设计方法。同时,针对现有故障穿越控制采用PI控制器的缺点,提出一种基于优化MPC的直流短路故障穿越控制策略,简化了控制方式。仿真结果证明故障检测方法和穿越控制达到了设计目的。