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柔性高压直流输电由于其经济、灵活、高可控性的输电方式在不同频率交流系统互联、新能源电能输送和向孤岛无源负荷供电等场合具有广泛的应用。高压直流输电领域，传统的二电平和三电平电压源换流器由于在性能、控制和经济性上的诸多缺陷，已经越来越不能满足经济社会的发展需要。因此，近年来多电平换流器的研究得到了很好的发展。本文在分析传统的二极管钳位型多电平换流器、飞跨电容型多电平换流器和级联H桥型多电平换流器的基础上，重点对模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter, MMC)的拓扑结构和运行原理及其控制策略进行了深入细致的研究。在基于开关函数耦合的分析方法基础上，推导了MMC内部电流通路的准确数学模型。通过对多种控制策略的分析对比，指出了最近电平逼近(NLM, Neareset Level Modulation)和多电平载波移相调制(CPSM，Carrier Phase-Shift Modulation)方法更适合MMC这种拓扑结构，并详细分析了这两种调制方法的控制原理。本文仔细研究了柔性直流输电系统的分层控制，主要包括系统级控制、换流器级控制和阀级控制。系统级控制中整流侧采用定直流电压和定无功控制，逆变侧采用定交流电压控制；换流器级控制采用直接电流控制方法，动态效果好，响应速度快。本文在RT-LAB（又称eMEGAsim）实时仿真平台上对MMC高压直流输电系统的实时仿真方法进行了研究，并且为了保证实时仿真的准确性与PSCAD/EMTDC离线仿真结果进行了对比，两种仿真结果基本一致，证明了实时仿真在效率和准确性方面都具有很大的优势。研究结果表明MMC具备级联式换流器的特点，容易实现多电平数目和模块化设计，可扩展性强，可实现冗余控制，是一种十分适用于VSC-HVDC的多电平拓扑结构。